Math TS, secondaire 4 à Montréal • Fonctions

Fiche de révision : la fonction partie entière

Cette fiche de révision accompagne le chapitre de la fonction partie entière, ou fonction en escalier, du programme de mathématique Technico-sciences de quatrième secondaire, dans sa forme à deux paramètres.

Elle ne redit pas le cours. Elle dit ce qui coûte des points en évaluation, ce que le correcteur attend exactement, et les contrôles à faire avant de rendre la copie.

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Le fil du chapitre

Le paramètre de devant donne la hauteur des marches, celui du crochet leur longueur, et son signe décide du côté fermé : c'est lui qui distingue l'unité révolue de l'unité entamée.

Ce chapitre fait partie de Mathématique TS, secondaire 4
Pour s'entraîner Les exercices corrigés de ce chapitre, 10 exercices

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 (6 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. 1 Nombres réels, racines et ensembles Secondaire 3
  2. 2 Expressions algébriques et mise en évidence Secondaire 3
  3. 3 Équations et inéquations du premier degré Secondaire 3
  4. 4 Fonctions : propriétés et réciproque Secondaire 3
  5. 5 Fonction de degré 1 : variations directe et partielle Secondaire 3
  6. 6 Les fonctions définies par parties

L'essentiel

La définition, et les deux paramètres

  • • [x][x] est le plus grand entier INFÉRIEUR OU ÉGAL à xx. La partie entière DESCEND : elle n'arrondit pas et elle ne tronque pas, donc [−2,3]=−3[-2{,}3]=-3.
  • • La forme du chapitre est f(x)=a[bx]f(x)=a[bx]. Le domaine est R\mathbb{R} et l'image est l'ensemble des MULTIPLES de aa, donc un ensemble de valeurs isolées.
  • • LE PARAMÈTRE DE DEVANT donne la hauteur des contremarches, ∣a∣|a|. LE PARAMÈTRE DU CROCHET donne la longueur des marches, 1∣b∣\dfrac{1}{|b|}.
  • • LE SIGNE DE bb décide du côté fermé : à gauche si b>0b>0, comme la fonction de base ; à droite si b<0b<0.
  • • SENS DE VARIATION : croissante si aa et bb sont de même signe, décroissante sinon.
−4−3−2−112345−4−3−2−11234marche : 1contremarche : 1
La fonction de base [x] : chaque palier est fermé à gauche et ouvert à droite, une marche de 1 et une contremarche de 1.

Lire une règle, résoudre une équation

  • • TROUVER LA RÈGLE sur un graphique, dans cet ordre : hauteur d'une contremarche, ce qui donne ∣a∣|a| ; longueur d'une marche, ce qui donne ∣b∣|b| par 1longueur\dfrac{1}{\text{longueur}} ; côté fermé, ce qui donne le signe de bb ; sens de variation, ce qui fixe le signe de aa.
  • • RÉSOUDRE a[bx]=ca[bx]=c : on ISOLE le crochet d'abord, puis on traduit [A]=n[A]=n par n≤A<n+1n\le A<n+1. L'ordre compte : traduire avant d'isoler donne un intervalle faux.
  • • LA SOLUTION EST UN INTERVALLE, fermé à gauche et ouvert à droite quand b>0b>0. Donner un seul nombre est une réponse incomplète.
  • • AUCUNE SOLUTION si le crochet doit valoir un nombre non entier : 2[x]=72[x]=7 demanderait [x]=3,5[x]=3{,}5. On le dit, et l'on dit pourquoi.
  • • INÉQUATIONS, deux traductions qui ne sont pas symétriques : [A]≥n[A]\ge n équivaut à A≥nA\ge n, borne FERMÉE ; [A]≤n[A]\le n équivaut à A<n+1A<n+1, borne OUVERTE.
−4−3−2−11234567−6−4−2246marche : 22
h(x) = −2[0,5x] : des marches de 2, des contremarches de 2, fermées à gauche puisque 0,5 > 0, et un escalier qui descend puisque a et b sont de signes contraires.

Compter : unité révolue ou unité entamée

  • • [x][x] compte les unités RÉVOLUES : les minutes écoulées, les pièces entières, les passes pleines.
  • • −[−x]-[-x] compte les unités ENTAMÉES : la minute commencée qui est facturée, la passe de finition, le carton qu'il faut ouvrir.
  • • JAMAIS [x]+1[x]+1 pour l'unité entamée : la formule ajoute une unité de trop quand xx est un ENTIER, et c'est précisément le cas qu'un correcteur va tester.
  • • Dans la forme du chapitre, l'unité entamée s'écrit avec un paramètre NÉGATIF dans le crochet : une facturation à 1818 dollars l'heure entamée est C(t)=−18[−t]C(t)=-18[-t].
  • • Un escalier modélise un coût qui avance par paliers : ce n'est pas la quantité qui compte, c'est le nombre de paliers franchis.
0,511,522,533,544,5−112345[x] : révolues−[−x] : entamées
[x] (bleu) est fermé à gauche, −[−x] (orange) à droite : aux entiers les deux coïncident, entre deux entiers l'unité entamée compte une marche de plus.

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. Calculer la partie entière d'un nombre négatif

1 à 2 points par calcul, et tout un problème de facturation faussé

Ce qu'il ne faut pas écrire

[−2,3]=−2[-2{,}3]=-2, puisqu'on enlève les décimales

Ce qu'il faut écrire

[−2,3]=−3[-2{,}3]=-3 : la partie entière descend au palier du dessous

−4−3−2−101−2,3[−2,3] = −3pas −2
La partie entière descend au palier du dessous : −2,3 va à −3. −2 est plus grand que −2,3, il est donc exclu.

Pourquoi : La définition demande le plus grand entier INFÉRIEUR OU ÉGAL à xx, et −2-2 est plus GRAND que −2,3-2{,}3 : il est donc exclu. La règle « enlever les décimales » donne la bonne réponse pour les positifs et la mauvaise pour tous les négatifs, ce qui en fait la pire des habitudes. Contrôle en cinq secondes : le résultat doit toujours être inférieur ou égal au nombre de départ.

2. Lire les deux paramètres

toute la question, et un escalier tourné d'un quart de tour

Ce qu'il ne faut pas écrire

Dans 4[2x]4[2x], le 22 donne la hauteur des marches

Ce qu'il faut écrire

Le 22 donne leur LONGUEUR, 12\dfrac{1}{2} ; la hauteur est 44

−1,5−1−0,50,511,522,5−14−12−10−8−6−4−224681012140,54
La courbe de 4[2x] : des marches de 0,5 de long et des contremarches de 4 de haut, fermées à gauche puisque le paramètre du crochet est positif.

Pourquoi : Le paramètre du crochet agit sur les ABSCISSES : il resserre ou étire les paliers. Celui de devant multiplie les IMAGES : il change la hauteur des contremarches. Le contrôle est immédiat : avec 4[2x]4[2x], la fonction change de palier tous les 0,50{,}5 et saute de 44 en 44, ce qu'on vérifie sur deux valeurs, f(0)=0f(0)=0 et f(0,5)=4f(0{,}5)=4.

3. Donner la solution d'une équation en escalier

la moitié de la question, et une incompréhension du chapitre

Ce qu'il ne faut pas écrire

[x]=4[x]=4 donne x=4x=4

Ce qu'il faut écrire

x∈[4 ;5[x\in[4\,;5[ : toute la marche convient

1234567123456y = 4[4 ; 5[x = 4 seul
La droite y = 4 recouvre tout un palier : la solution de [x] = 4 est l'intervalle [4 ; 5[ (vert), pas le seul nombre 4 (rouge).

Pourquoi : La fonction est constante sur tout un palier, donc une infinité d'abscisses donnent la même image. La réponse attendue est l'INTERVALLE du palier, fermé à gauche et ouvert à droite : 44 convient puisque [4]=4[4]=4, et 55 ne convient pas puisque [5]=5[5]=5. C'est la seule famille de fonctions du programme où une équation a une infinité de solutions.

4. Isoler ou traduire en premier

toute la question, et un intervalle trois fois trop court

Ce qu'il ne faut pas écrire

3[x]=123[x]=12 donne 12≤3x<1312\le 3x<13, donc [4 ;4,33[[4\,;4{,}33[

Ce qu'il faut écrire

On isole d'abord : [x]=4[x]=4, donc [4 ;5[[4\,;5[

1234567−3369121518y = 12[4 ; 5[[4 ; 4,33[
3[x] = 12 sur tout le palier [4 ; 5[ (vert) ; traduire avant d'isoler donne [4 ; 4,33[ (rouge), trois fois trop court.

Pourquoi : L'encadrement n≤A<n+1n\le A<n+1 traduit le CROCHET, pas la fonction entière : il ne s'applique qu'une fois le crochet seul d'un côté. Le contrôle est immédiat : avec x=4,8x=4{,}8, on a 3[4,8]=3×4=123[4{,}8]=3\times 4=12, donc 4,84{,}8 est bien solution, alors que l'intervalle faux l'excluait.

5. Placer la borne d'une inéquation

1 point, et une valeur impossible livrée au correcteur

Ce qu'il ne faut pas écrire

5[2x]≤−105[2x]\le -10 donne x≤−0,5x\le -0{,}5

Ce qu'il faut écrire

]−∞ ;−0,5[]-\infty\,;-0{,}5[ : la borne sort de l'ensemble

−3−2,5−2−1,5−1−0,500,51x < −0,5−3−2,5−2−1,5−1−0,500,51x ≤ −0,5 : faux
[2x] ≤ −2 équivaut à 2x < −1 : la borne −0,5 est exclue (vert). La fermer (rouge) livre une valeur qui ne vérifie pas l'inéquation.

Pourquoi : On isole : [2x]≤−2[2x]\le -2, ce qui équivaut à 2x<−12x<-1, et non à 2x≤−22x\le -2. Vérification à la borne : x=−0,5x=-0{,}5 donne [2×(−0,5)]=[−1]=−1[2\times(-0{,}5)]=[-1]=-1 et 5×(−1)=−55\times(-1)=-5, qui n'est pas inférieur ou égal à −10-10. Les deux traductions ne sont pas symétriques, et c'est exactement là que se perdent les points.

6. Écrire un comptage d'unités entamées

toute la question dès que la durée est un nombre entier

Ce qu'il ne faut pas écrire

Une communication de xx minutes facturée à la minute entamée coûte [x]+1[x]+1 minutes

Ce qu'il faut écrire

Elle en coûte −[−x]-[-x]

0,511,522,533,544,5123456[x] + 1−[−x]
[x] + 1 (rouge) et −[−x] (vert) donnent la même chose entre deux entiers, mais aux entiers [x] + 1 compte une unité de trop.

Pourquoi : Pour une communication de exactement 55 minutes, la formule fausse facturerait 66 minutes. L'écriture −[−x]-[-x] donne 55, et elle donne aussi 33 pour 2,32{,}3 minutes : elle est correcte dans les deux cas. Le signe moins dans le crochet retourne l'axe et déplace le point fermé à droite du palier, ce qui est exactement le comptage voulu.

7. Sortir le crochet d'un produit

toute la question, et une règle inventée

Ce qu'il ne faut pas écrire

[2x]=2[x][2x]=2[x]

Ce qu'il faut écrire

Faux : en x=0,5x=0{,}5, la gauche vaut 11 et la droite vaut 00

0,511,522,5−112345[2x] = 12[x] = 0
[2x] (bleu) change de palier tous les 0,5 ; 2[x] (orange) tous les 1, par sauts de 2. En x = 0,5 : 1 contre 0.

Pourquoi : La partie entière n'est ni distributive ni multiplicative : elle ne sort pas d'un produit et elle ne se sépare pas sur une somme. Un seul contre-exemple suffit à le montrer, et il faut savoir l'écrire en évaluation. Ce qui est vrai, en revanche, c'est que le paramètre du crochet change la longueur des marches : c'est là qu'il agit.

Quelle méthode choisir

Que faire, selon ce que l'énoncé demande

Une fonction en escalier f(x)=a[bx]f(x)=a[bx], donnée par sa règle, par un graphique ou par une situation

  • Si On demande une IMAGE → Calculer le contenu du crochet, prendre sa partie entière EN DESCENDANT, puis multiplier

    Exemple : 3[−0,5]=3×(−1)=−33[-0{,}5]=3\times(-1)=-3, et non [3×(−0,5)][3\times(-0{,}5)]

  • Si On demande la MARCHE ou la CONTREMARCHE → Marche 1∣b∣\dfrac{1}{|b|}, contremarche ∣a∣|a| : le crochet pour la longueur, le facteur pour la hauteur

    Exemple : [4x][4x] : marche de 0,250{,}25, contremarche de 11

  • Si On demande l'IMAGE de la fonction → L'ensemble des multiples de aa ; le paramètre du crochet n'y intervient pas

    Exemple : 3[x]3[x] prend les multiples de 33 : la valeur 77 n'est jamais atteinte

  • Si On lit un GRAPHIQUE → Contremarche, puis longueur de marche, puis côté fermé, puis sens de variation

    Exemple : Contremarche 44, marche 0,50{,}5, fermé à gauche : f(x)=4[2x]f(x)=4[2x]

  • Si On RÉSOUT une équation → Isoler le crochet, traduire par n≤bx<n+1n\le bx<n+1, conclure par un INTERVALLE

    Exemple : 3[x]=123[x]=12 donne [x]=4[x]=4, donc [4 ;5[[4\,;5[

  • Si On RÉSOUT une inéquation → [A]≥n[A]\ge n devient A≥nA\ge n, borne fermée ; [A]≤n[A]\le n devient A<n+1A<n+1, borne ouverte

    Exemple : 5[2x]≤−105[2x]\le -10 donne ]−∞ ;−0,5[]-\infty\,;-0{,}5[

  • Si Le contexte compte des unités ENTAMÉES → Écrire −[−x]-[-x], ou un paramètre NÉGATIF dans le crochet, jamais [x]+1[x]+1

    Exemple : 1818 dollars l'heure entamée : C(t)=−18[−t]C(t)=-18[-t]

La forme canonique a[b(x−h)]+ka[b(x-h)]+k, avec ses deux translations, n'est pas au programme de la TS 4 : elle arrive en TS 5. Ici l'escalier passe toujours par l'origine d'un de ses paliers.

La rédaction attendue

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

Rédiger la résolution d'une équation en escalier

Quand l'utiliser : Dès que l'inconnue est dans un crochet de partie entière

  1. 1 Isoler le crochet en divisant par le facteur de devant.
  2. 2 Vérifier que le résultat est un ENTIER ; sinon, conclure immédiatement qu'il n'y a aucune solution.
  3. 3 Traduire l'égalité du crochet par l'encadrement n≤bx<n+1n\le bx<n+1.
  4. 4 Résoudre l'encadrement en conservant les deux bornes, l'une fermée, l'autre ouverte.
  5. 5 Conclure par un INTERVALLE, et vérifier avec une valeur prise à l'intérieur.

Phrase de conclusion

« 3[x]=123[x]=12 donne [x]=4[x]=4, un entier. Donc 4≤x<54\le x<5, et l'ensemble-solution est [4 ;5[[4\,;5[. Vérification : 3[4,8]=3×4=123[4{,}8]=3\times 4=12. »

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

Le conditionnement d'une commande

Un atelier expédie ses pièces dans des cartons de 1818 pièces. Une commande porte sur 250250 pièces. Combien de cartons faut-il, combien de pièces contient le dernier, et pour quels effectifs faut-il exactement 1212 cartons ?

1836547290123456pièces commandéescartons
Les paliers sont fermés à DROITE : 1818 pièces tiennent dans un carton, mais 1919 en demandent deux. C'est la signature d'un comptage d'unités entamées.

Étape 1

On divise : 25018≈13,89\dfrac{250}{18}\approx 13{,}89. Les cartons PLEINS sont au nombre de [13,89]=13[13{,}89]=13.

Pourquoi

La partie entière compte les unités révolues, donc les cartons entièrement remplis. C'est la première moitié de la réponse, jamais la totalité.

Étape 2

Il faut un carton de plus pour le reste, donc 1414 cartons, ce qui s'écrit −[−25018]=−[−13,89]=14-\left[\dfrac{-250}{18}\right]=-[-13{,}89]=14.

Pourquoi

Un carton entamé est un carton qu'il faut fournir. L'écriture avec le double signe moins est celle qui reste juste même quand la division tombe juste, contrairement à un plus un ajouté à la main.

Étape 3

Le dernier carton contient 250−13×18=250−234=16250-13\times 18=250-234=16 pièces.

Pourquoi

C'est le RESTE de la division. La question du reste et celle du nombre de cartons sont deux questions différentes, et l'énoncé pose souvent les deux dans la même phrase.

Étape 4

Pour exactement 1212 cartons : −[−n18]=12-\left[\dfrac{-n}{18}\right]=12 équivaut à 11<n18≤1211<\dfrac{n}{18}\le 12, donc 198<n≤216198<n\le 216.

Pourquoi

La solution est un INTERVALLE, et ses bornes sont inversées par rapport à celles d'une équation ordinaire : ouverte à gauche, fermée à droite, parce que le comptage entamé ferme les paliers à droite.

Étape 5

Contrôle aux deux bornes : n=198n=198 donne exactement 1111 cartons, et n=216n=216 en donne exactement 1212.

Pourquoi

Tester les deux bornes est la vérification attendue : elle prouve que l'intervalle est le bon et que ses crochets sont dans le bon sens. Une commande de 199199 pièces exige bien un douzième carton, pour une seule pièce.

Conclusion rédigée

Il faut 1414 cartons, le dernier contient 1616 pièces, et l'on utilise exactement 1212 cartons pour toute commande de 199199 à 216216 pièces.

L'erreur classique sur cet exercice : L'erreur classique est de répondre 1313 cartons, en s'arrêtant à la partie entière : les 1616 pièces du reste resteraient à l'atelier. La seconde erreur est d'écrire [13,89]+1[13{,}89]+1, une formule qui ajoute un carton vide quand la commande est un multiple de 1818.

À savoir par cœur

  • • [x][x] est le plus grand entier inférieur ou égal à xx : il descend toujours.
  • • f(x)=a[bx]f(x)=a[bx] : domaine R\mathbb{R}, image formée des multiples de aa.
  • • Contremarche ∣a∣|a|, marche 1∣b∣\dfrac{1}{|b|} : le facteur en hauteur, le crochet en longueur.
  • • Signe de bb : fermé à gauche si positif, à droite si négatif.
  • • Croissante si aa et bb sont de même signe, décroissante sinon.
  • • Équation : isoler le crochet, PUIS traduire par n≤bx<n+1n\le bx<n+1.
  • • La solution d'une équation est un INTERVALLE, pas un nombre.
  • • Aucune solution si le crochet doit valoir un non-entier.
  • • [A]≥n[A]\ge n donne A≥nA\ge n, borne fermée. [A]≤n[A]\le n donne A<n+1A<n+1, borne ouverte.
  • • Unité entamée : −[−x]-[-x], jamais [x]+1[x]+1.

Questions fréquentes

Pourquoi la partie entière d'un nombre négatif descend-elle ?

Parce que la définition demande le plus grand entier inférieur ou égal au nombre. Pour moins deux virgule trois, les entiers qui conviennent sont moins trois, moins quatre, et ainsi de suite ; le plus grand d'entre eux est moins trois. L'habitude d'enlever les décimales donne la bonne réponse pour les positifs et la mauvaise pour tous les négatifs, ce qui en fait une règle à abandonner.

Comment reconnaître les deux paramètres sur un graphique ?

La hauteur d'une contremarche donne la valeur absolue du facteur de devant, et la longueur d'une marche donne l'inverse de la valeur absolue du paramètre du crochet. Le côté où se trouvent les points pleins donne le signe de ce dernier, à gauche s'il est positif. Le sens de variation fixe enfin le signe du facteur de devant.

Pourquoi la solution d'une équation est-elle un intervalle ?

Parce que la fonction est constante sur tout un palier : une infinité d'abscisses y donnent la même image. Résoudre revient donc à retrouver le palier, et la réponse est son intervalle, fermé d'un côté et ouvert de l'autre. Donner un seul nombre revient à oublier la quasi-totalité des solutions.

Quand une équation en escalier n'a-t-elle aucune solution ?

Quand, après avoir isolé le crochet, la valeur qu'il devrait prendre n'est pas un entier. Une partie entière ne vaut jamais trois et demi, donc l'équation qui l'exige n'a aucune solution. Cela se voit aussi sur l'image de la fonction, qui ne contient que les multiples du facteur de devant.

Comment écrire un tarif facturé à l'unité entamée ?

Avec un paramètre négatif dans le crochet, ce qui revient à écrire moins la partie entière de l'opposé. Cette écriture compte correctement les unités commencées, y compris quand la quantité est un nombre entier, alors que l'astuce consistant à ajouter un à la partie entière facture une unité de trop dans ce cas précis.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : La fonction partie entière

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.

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Ce chapitre resservira dans

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

© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/ts4-fonction-partie-entiere. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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