Maths Troisième, programme français • Exercices corrigés à Montréal

Fiche de révision : les fonctions affines (Troisième)

Cette fiche de révision couvre les fonctions affines en classe de troisième du programme français, telles qu'elles sont évaluées au brevet et dans les contrôles du Lycée Marie de France et du Collège Stanislas à Montréal.

Elle ne redit pas le cours, que vous avez déjà : elle dit ce qui fait perdre des points sur ce chapitre, et le geste précis qui évite chaque perte. Le fil est toujours le même : identifier séparément aa et bb, parce que ce sont deux objets de nature différente lus à deux endroits différents.

Le fil du chapitre

Une fonction affine cache DEUX nombres, et ils ne se lisent pas au même endroit : aa est un QUOTIENT de deux déplacements, bb est une ORDONNÉE. Presque tout ce qui se perd dans ce chapitre vient d'un des deux cherché à la place de l'autre.

Ce chapitre fait partie de Mathématiques en Troisième

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Remonter plus loin : la chaîne complète (8 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

  1. 1Fractions et proportionnalitéSixième
  2. 2Le calcul littéralCinquième
  3. 3Proportionnalité et pourcentagesCinquième
  4. 4Multiplication et division de relatifsQuatrième
  5. 5Calcul littéral et équationsQuatrième
  6. 6Proportionnalité, pourcentages et vitessesQuatrième
  7. 7La notion de fonction
  8. 8Les fonctions linéaires

L'essentiel

Deux nombres, deux rôles, deux lectures

  • Une fonction affine s'écrit f(x)=ax+bf(x)=ax+b. Le nombre aa est le COEFFICIENT DIRECTEUR, le nombre bb est l'ORDONNÉE À L'ORIGINE.
  • bb se lit d'un coup d'oeil : c'est f(0)f(0), c'est-à-dire l'ordonnée du point où la droite coupe l'axe VERTICAL.
  • aa ne se lit jamais d'un coup d'oeil : c'est un quotient, la montée divisée par le déplacement horizontal, a=f(x2)f(x1)x2x1a=\dfrac{f(x_{2})-f(x_{1})}{x_{2}-x_{1}}.
  • Cas particuliers : si b=0b=0 la fonction est LINÉAIRE et la droite passe par l'origine ; si a=0a=0 la fonction est CONSTANTE et la droite est horizontale.
  • Toute fonction linéaire est affine ; l'inverse est faux.
-112345-4-3-2-112345678a = 2b = -3pas 1montée 2
Deux lectures de nature différente sur la même droite : b=3b=-3 est une ORDONNÉE, celle du point de l'axe vertical ; a=2a=2 est un QUOTIENT, la montée 22 divisée par le pas 11.

Sur une copie, écrire d'abord « b=b=\ldots car la droite coupe l'axe des ordonnées en ce point », puis calculer aa : ce sont deux points de barème distincts, et bb est le plus facile des deux.

Le sens de variation se lit sur le signe de aa

  • Si a>0a>0, la fonction est CROISSANTE : la droite monte de gauche à droite.
  • Si a<0a<0, la fonction est DÉCROISSANTE : la droite descend.
  • Si a=0a=0, la fonction est CONSTANTE : toutes les images sont égales à bb.
  • Attention : a<0a<0 ne dit rien du SIGNE des images. f(x)=2x+100f(x)=-2x+100 est décroissante et pourtant f(10)=80f(10)=80 est positif.

Les trois questions graphiques et leur geste

  • Image de x0x_{0} : on monte depuis x0x_{0} sur l'axe horizontal jusqu'à la droite, puis on lit à gauche.
  • Antécédent de kk : on part de kk sur l'axe vertical, on va horizontalement jusqu'à la droite, puis on descend. Par le calcul, on résout ax+b=kax+b=k.
  • Signe de ff : la fonction est positive là où la droite est AU-DESSUS de l'axe horizontal.
  • Comparaison de deux fonctions : on cherche le point d'INTERSECTION des deux droites, puis on décide de part et d'autre.

La droite coupe l'axe horizontal en x=bax=-\dfrac{b}{a}, et non en bb : c'est la confusion qui coûte le plus cher dans ce chapitre.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Chercher l'ordonnée à l'origine sur l'axe des abscisses

2 points, et l'expression de la fonction est fausse pour tout le reste

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La droite coupe l'axe des abscisses en 33, donc b=3b=3. »

Ce qu'il faut écrire

« La droite coupe l'axe des ORDONNÉES en 6-6, donc b=6b=-6. Elle coupe l'axe des abscisses en 33, ce qui donne la solution de f(x)=0f(x)=0. »

-112345-8-6-4-224f(x) = 0 pour x = 3b = -6
La même droite donne deux nombres différents sur les deux axes : 6-6 à la verticale, c'est bb ; 33 à l'horizontale, c'est la solution de f(x)=0f(x)=0. Les confondre change la fonction.

Pourquoi : Le mot « ordonnée » est dans le nom même de bb : ordonnée à l'ORIGINE, c'est-à-dire l'ordonnée du point d'abscisse 00. L'autre intersection donne ba-\dfrac{b}{a}.

2. Soustraire dans deux ordres opposés au numérateur et au dénominateur

2 points, et le signe de la fonction est inversé partout ensuite

Ce qu'il ne faut pas écrire

« a=f(5)f(2)25=93=3a=\dfrac{f(5)-f(2)}{2-5}=\dfrac{9}{-3}=-3. »

Ce qu'il faut écrire

« a=f(5)f(2)52=93=3a=\dfrac{f(5)-f(2)}{5-2}=\dfrac{9}{3}=3 : le même point est en premier en haut et en bas. »

Pourquoi : Le quotient mesure une variation dans un sens donné. Inverser un seul des deux ordres change le signe du résultat, donc le sens de variation annoncé.

3. Oublier bb et traiter la fonction comme linéaire

toute la question, environ 3 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« f(4)=14f(4)=14 donc a=144=3,5a=\dfrac{14}{4}=3{,}5 et f(x)=3,5xf(x)=3{,}5x. »

Ce qu'il faut écrire

« Un seul point ne suffit pas pour une fonction affine : il faut deux points, ou un point et le coefficient directeur. »

Pourquoi : a=f(x)xa=\dfrac{f(x)}{x} n'est valable que si b=0b=0. Deux inconnues demandent deux informations : c'est le principe, pas une précaution.

4. Confondre le tarif fixe et le tarif par unité

3 points, et toutes les questions suivantes du problème

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Un abonnement de 2020 dollars et 33 dollars par séance donnent f(x)=20x+3f(x)=20x+3. »

Ce qu'il faut écrire

« f(x)=3x+20f(x)=3x+20 : le prix par séance multiplie le nombre de séances, l'abonnement s'ajoute une seule fois. »

Pourquoi : Le coefficient directeur est ce qui se répète, l'ordonnée à l'origine ce qui se paie une fois. Le test en 00 tranche : sans aucune séance on paie 2020 dollars, donc f(0)=20=bf(0)=20=b.

5. Confondre f(0)f(0) et la solution de f(x)=0f(x)=0

2 points, la question est traitée à l'envers

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Je résous f(x)=0f(x)=0 : f(0)=2×06=6f(0)=2\times 0-6=-6. »

Ce qu'il faut écrire

« Je résous 2x6=02x-6=0, donc 2x=62x=6 et x=3x=3. La solution est 33, alors que f(0)f(0) vaut 6-6. »

Pourquoi : f(0)f(0) est une IMAGE, on remplace ; f(x)=0f(x)=0 est une ÉQUATION, on résout. Le zéro n'est pas au même endroit dans les deux écritures.

6. Croire qu'un coefficient négatif rend les images négatives

1 point, et souvent une conclusion absurde sur un problème concret

Ce qu'il ne faut pas écrire

« a=2a=-2, donc toutes les images sont négatives. »

Ce qu'il faut écrire

« a=2a=-2 signifie seulement que la fonction est décroissante. Avec f(x)=2x+100f(x)=-2x+100, on a f(10)=80f(10)=80, qui est positif. »

Pourquoi : Le signe de aa décrit le SENS de la variation, pas la position par rapport à l'axe. C'est bb, et le point où la droite traverse l'axe, qui décident du signe des images.

7. Lire un graphique avec une précision impossible

1 point à chaque lecture, et parfois la mention « valeur non justifiée »

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le graphique donne f(2)=3,47f(2)=3{,}47. »

Ce qu'il faut écrire

« La lecture graphique donne environ 3,53{,}5, avec la précision permise par le graphique. »

Pourquoi : Un chiffre au centième prétend une exactitude que le dessin ne permet pas : il prouve au correcteur qu'on a calculé au lieu de lire, ou inventé.

8. Répondre au seuil sans vérifier de quel côté il est avantageux

2 points, et c'est la question finale du problème

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les deux tarifs sont égaux pour 1010 séances, donc le tarif avec abonnement est plus avantageux à partir de 1010 séances. »

Ce qu'il faut écrire

« À 1010 séances les deux tarifs coûtent 5050 dollars. À 1111 séances, 5555 dollars contre 5353 dollars : le tarif avec abonnement devient plus avantageux à partir de 1111 séances. »

Pourquoi : L'égalité ne donne pas un avantage, elle donne une frontière. Il faut tester une valeur de chaque côté, ou raisonner sur le signe de la différence.

9. Choisir deux points qui ne sont pas sur les noeuds du quadrillage

1 à 2 points, car le coefficient trouvé n'est pas le bon

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Je prends les points d'abscisses 0,50{,}5 et 2,32{,}3 que je lis sur la droite. »

Ce qu'il faut écrire

« Je choisis deux points dont les DEUX coordonnées tombent sur des graduations, ici (1;1)(1\,;-1) et (2;1)(2\,;1). »

Pourquoi : Une lecture entre deux graduations introduit une erreur sur chacune des quatre valeurs du quotient. Sur les noeuds, la lecture est exacte et le calcul aussi.

Quelle méthode choisir

Comment déterminer aa et bb selon ce que donne l'énoncé ?

Regarder la nature de l'information fournie, avant de chercher une formule.

  • Si deux couples chiffrés, du type f(2)=5f(2)=5 et f(5)=14f(5)=14 calculer a=f(x2)f(x1)x2x1a=\dfrac{f(x_{2})-f(x_{1})}{x_{2}-x_{1}}, puis remplacer dans une des deux égalités pour trouver bb

    Exemple : a=14552=3a=\dfrac{14-5}{5-2}=3, puis 5=3×2+b5=3\times 2+b donne b=1b=-1

  • Si une droite tracée dans un repère lire bb à l'intersection avec l'axe vertical, puis compter un pas horizontal et la montée correspondante

    Exemple : b=3b=-3, un pas de 11 donne une montée de 22, donc a=2a=2

    choisir deux points situés sur des noeuds du quadrillage

  • Si un énoncé de tarif, de location, d'abonnement le montant FIXE est bb, le montant PAR UNITÉ est aa

    Exemple : 2020 dollars d'abonnement et 33 dollars la séance donnent f(x)=3x+20f(x)=3x+20

    vérifier avec f(0)f(0), qui doit valoir le montant fixe

  • Si un tableau de valeurs calculer les accroissements entre deux colonnes ; s'ils sont proportionnels aux écarts d'abscisses, aa est ce quotient

    Exemple : de x=2x=2 à x=5x=5, l'image augmente de 99, donc a=3a=3

  • Si le coefficient directeur est donné et un seul point remplacer directement dans f(x)=ax+bf(x)=ax+b pour isoler bb

    Exemple : a=3a=3 et f(2)=5f(2)=5 donnent b=56=1b=5-6=-1

Dans tous les cas, le résultat se teste sur les données de départ avant d'aller plus loin : une fonction affine se vérifie en deux calculs.

Quelle lecture graphique selon la question ?

Repérer le verbe et l'objet de la question.

2468101214161020304050607080A = 5xB = 3x + 20égalité en x = 10
La droite la plus raide est le tarif A, sans abonnement : elle passe en dessous de l'autre jusqu'à x=10x=10, au-dessus ensuite. Le croisement est une frontière, pas une réponse.
  • Si « quelle est l'image de 44 », « combien coûte 44 séances » lecture VERTICALE depuis l'axe horizontal

    Exemple : on monte depuis 44 jusqu'à la droite

  • Si « quel antécédent », « combien de séances pour 5050 dollars », « résoudre f(x)=50f(x)=50 » lecture HORIZONTALE depuis l'axe vertical

    Exemple : on part de 5050 et on lit l'abscisse

  • Si « quand ff est-elle positive », « à partir de quand est-ce rentable » repérer où la droite est au-dessus de l'axe ou de l'autre droite

    Exemple : au-dessus de l'axe à droite de x=3x=3

  • Si « quel tarif est le plus avantageux » trouver le point d'INTERSECTION des deux droites, puis tester une valeur de chaque côté

    Exemple : les droites se croisent en x=10x=10, donc on teste 99 et 1111

    conclure avec un entier quand la variable compte des objets

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Déterminer une fonction affine à partir de deux points

Quand l'utiliser : L'énoncé donne deux images, ou deux points d'une droite.

  1. 1 Annoncer la forme cherchée : « ff est affine, donc elle s'écrit f(x)=ax+bf(x)=ax+b ».
  2. 2 Calculer le coefficient directeur en respectant le même ordre en haut et en bas : a=f(5)f(2)52=1453=3a=\dfrac{f(5)-f(2)}{5-2}=\dfrac{14-5}{3}=3.
  3. 3 Remplacer aa et un point dans l'expression pour isoler bb : 5=3×2+b5=3\times 2+b, donc b=1b=-1.
  4. 4 Écrire la fonction obtenue, puis la TESTER sur l'autre point : f(5)=3×51=14f(5)=3\times 5-1=14.

Phrase de conclusion

« La fonction cherchée est f(x)=3x1f(x)=3x-1, et elle vérifie bien f(2)=5f(2)=5 et f(5)=14f(5)=14. »

Le piège : Oublier le test final : c'est la seule étape qui distingue une réponse juste d'une réponse plausible, et elle coûte dix secondes.

Barème : 1 point pour le coefficient directeur, 1 point pour l'ordonnée à l'origine, 0,5 point pour la vérification.

Comparer deux tarifs et conclure sur un seuil

Quand l'utiliser : L'énoncé propose deux formules et demande laquelle est la plus avantageuse.

  1. 1 Traduire chaque formule en fonction, en nommant la variable : « soit xx le nombre de séances, A(x)=5xA(x)=5x et B(x)=3x+20B(x)=3x+20 ».
  2. 2 Résoudre l'ÉGALITÉ des deux tarifs : 5x=3x+205x=3x+20 donne 2x=202x=20, donc x=10x=10.
  3. 3 Tester une valeur de chaque côté du seuil : A(9)=45A(9)=45 contre B(9)=47B(9)=47, puis A(11)=55A(11)=55 contre B(11)=53B(11)=53.
  4. 4 Conclure en respectant la nature de la variable : un nombre de séances est un entier.

Phrase de conclusion

« Les deux tarifs coûtent le même prix pour 1010 séances. En dessous de 1010 séances, le tarif sans abonnement est plus avantageux ; à partir de 1111 séances, c'est le tarif avec abonnement. »

Le piège : Annoncer « à partir de 1010 » alors qu'à 1010 séances les deux tarifs sont ÉGAUX : le seuil d'égalité n'est pas le seuil d'avantage.

Barème : 1 point pour la mise en équation, 1 point pour la résolution, 1 point pour la conclusion des deux côtés du seuil.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

L'exercice type décortiqué

Deux tarifs pour la salle d'escalade

Une salle d'escalade propose deux formules. Tarif A : 55 dollars par séance, sans abonnement. Tarif B : un abonnement annuel de 2020 dollars, puis 33 dollars par séance.

1. Exprimer en fonction du nombre xx de séances le prix payé avec chaque tarif.

2. Calculer le prix des deux tarifs pour 66 séances, puis pour 1212 séances.

3. À partir de combien de séances le tarif B devient-il plus avantageux ?

Étape 1

Soit xx le nombre de séances. Tarif A : A(x)=5xA(x)=5x, fonction linéaire. Tarif B : B(x)=3x+20B(x)=3x+20, fonction affine.

Pourquoi

On nomme la variable AVANT d'écrire quoi que ce soit : sans « soit xx le nombre de séances », le correcteur ne sait pas ce que xx compte, et le point de mise en équation ne peut pas être donné.

Étape 2

Pour 66 séances : A(6)=30A(6)=30 dollars et B(6)=3×6+20=38B(6)=3\times 6+20=38 dollars. Pour 1212 séances : A(12)=60A(12)=60 dollars et B(12)=3×12+20=56B(12)=3\times 12+20=56 dollars.

Pourquoi

Ces deux calculs ne sont pas là pour eux-mêmes : ils encadrent le seuil et montrent que l'avantage change de camp entre 66 et 1212. La question 3 est déjà à moitié résolue.

Étape 3

Égalité des deux tarifs : 5x=3x+205x=3x+20, donc 2x=202x=20, donc x=10x=10. Les deux tarifs coûtent alors 5050 dollars.

Pourquoi

On résout une ÉQUATION, parce que le seuil est le point où les deux prix sont égaux. C'est aussi l'abscisse du point d'intersection des deux droites, ce qui permet de contrôler sur le graphique.

Étape 4

Test de part et d'autre : A(9)=45A(9)=45 contre B(9)=47B(9)=47, et A(11)=55A(11)=55 contre B(11)=53B(11)=53.

Pourquoi

L'égalité seule ne dit pas de quel côté l'avantage bascule. Deux calculs de dix secondes le disent, et ils valent le dernier point de l'exercice.

Étape 5

Vérification par la différence : B(x)A(x)=3x+205x=202xB(x)-A(x)=3x+20-5x=20-2x, qui est négatif dès que x>10x>10.

Pourquoi

La différence des deux fonctions redonne le seuil sans repasser par les tests numériques : c'est la méthode qui servira au lycée, et ici elle sert de contrôle indépendant.

Conclusion rédigée

« Le tarif A s'écrit A(x)=5xA(x)=5x et le tarif B B(x)=3x+20B(x)=3x+20. Les deux formules coûtent 5050 dollars pour 1010 séances. À partir de 1111 séances, le tarif B est plus avantageux. »

L'erreur classique sur cet exercice : Répondre « à partir de 1010 séances » : à 1010 séances les deux tarifs coûtent exactement la même chose, donc aucun n'est plus avantageux. Le seuil d'égalité et le seuil d'avantage sont deux nombres différents dès que la variable compte des objets entiers.

À savoir par cœur

  • f(x)=ax+bf(x)=ax+b : aa est le coefficient DIRECTEUR, bb l'ordonnée à l'ORIGINE, et b=f(0)b=f(0).
  • a=f(x2)f(x1)x2x1a=\dfrac{f(x_{2})-f(x_{1})}{x_{2}-x_{1}} : le même point en premier en haut et en bas.
  • a>0a>0 croissante, a<0a<0 décroissante, a=0a=0 constante. Le signe de aa ne dit rien du signe des images.
  • La droite coupe l'axe des ordonnées en bb, et l'axe des abscisses en ba-\dfrac{b}{a}.
  • Dans un tarif : le montant FIXE est bb, le montant PAR UNITÉ est aa.
  • b=0b=0 donne une fonction linéaire ; toute fonction linéaire est affine, l'inverse est FAUX.
  • Un seuil d'égalité n'est pas un seuil d'avantage : tester une valeur de chaque côté.

Questions fréquentes

Comment trouver le coefficient directeur d'une fonction affine ?

On prend deux points de la droite et on divise la différence des images par la différence des antécédents, en gardant le même point en premier au numérateur et au dénominateur. Sur un graphique, on avance d'un pas connu vers la droite et on mesure la montée, puis on divise la montée par le pas.

Où lit-on l'ordonnée à l'origine sur un graphique ?

Sur l'axe vertical, celui des ordonnées, à l'endroit exact où la droite le traverse. C'est aussi l'image de zéro. L'endroit où la droite coupe l'axe horizontal est autre chose : c'est la solution de l'équation f de x égale zéro, et elle vaut moins b sur a.

Quelle est la différence entre une fonction affine et une fonction linéaire ?

Une fonction linéaire est une simple multiplication et sa droite passe par l'origine. Une fonction affine ajoute en plus un nombre fixe, donc sa droite coupe l'axe vertical ailleurs qu'en zéro. Toute fonction linéaire est affine, mais une fonction affine n'est linéaire que si le nombre ajouté est nul.

Comment savoir quel tarif est le plus avantageux ?

On écrit les deux tarifs comme deux fonctions, on résout l'équation qui les rend égaux, ce qui donne le seuil, puis on teste une valeur juste en dessous et une valeur juste au-dessus. Le seuil lui-même est une frontière où les deux tarifs coûtent la même chose : il ne répond pas à la question.

Une fonction affine décroissante donne-t-elle des résultats négatifs ?

Pas nécessairement. Un coefficient directeur négatif signifie seulement que les images diminuent quand le nombre de départ augmente. La fonction qui à x associe moins deux x plus cent est décroissante, et pourtant son image de dix vaut quatre-vingts, qui est positif.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : Les fonctions affines

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

  • 15 exercices corrigés
  • 150 points
  • 225 minutes
Faire les exercices
Fiche précédente Les fonctions linéaires Fiche suivante PGCD, Euclide et fractions irréductibles

Ce chapitre resservira dans

Les chapitres qui le réclament en amont, plus tard dans l'année ou dans les années suivantes.

Voir aussi

Les fonctions affines bloquent en troisième à Montréal ?

Contactez-moi pour une première séance. C'est le chapitre charnière du collège : la droite, son coefficient directeur et son ordonnée à l'origine reviennent en Seconde, puis dans toute l'étude de fonctions du lycée. Un élève qui lit encore l'ordonnée à l'origine sur le mauvais axe se retrouve bloqué dès le premier chapitre de Seconde.

Site par Studio Squalli