Math TS, secondaire 4 à Montréal • Fonctions

Fiche de révision : la fonction racine carrée de sommet à l'origine

Cette fiche de révision accompagne la deuxième famille de fonctions du programme de mathématique Technico-sciences de quatrième secondaire : la fonction racine carrée dont le sommet est à l'origine, et sa réciproque, qui redonne la parabole du chapitre précédent.

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 SOUS le radical décide du domaine, celui de DEVANT décide de l'image : c'est cette séparation qui range la courbe dans l'un des quatre quarts du plan, et rien d'autre.

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 (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. 1 Nombres réels, racines et ensembles Secondaire 3
  2. 2 Lois des exposants et notation scientifique Secondaire 3
  3. 3 Expressions algébriques et mise en évidence Secondaire 3
  4. 4 Fonctions : propriétés et réciproque Secondaire 3
  5. 5 Les exposants, les radicaux et la valeur absolue
  6. 6 Les calculs algébriques et les expressions rationnelles
  7. 7 La factorisation
  8. 8 La fonction quadratique de sommet à l'origine

L'essentiel

Deux paramètres, deux rôles qui ne se mélangent pas

  • • La forme du chapitre est f(x)=abxf(x)=a\sqrt{bx}. Le sommet est (0 ;0)(0\,;0) et la courbe n'a qu'UNE branche, qui commence au sommet.
  • • Le paramètre SOUS le radical décide du DOMAINE, et lui seul : b>0b>0 donne [0 ;+∞[[0\,;+\infty[ et une branche vers la droite, b<0b<0 donne ]−∞ ;0]]-\infty\,;0] et une branche vers la gauche.
  • • Le paramètre DE DEVANT décide de l'IMAGE, et lui seul : a>0a>0 donne [0 ;+∞[[0\,;+\infty[ et une fonction croissante, a<0a<0 donne ]−∞ ;0]]-\infty\,;0] et une fonction décroissante.
  • • Quatre combinaisons de signes, quatre quarts de plan, comme le montre la figure. La courbe reste toujours dans UN seul quart.
  • • bx=b x\sqrt{bx}=\sqrt{b}\,\sqrt{x} pour b>0b>0 : la valeur absolue de bb se range toujours dans aa. Seul le SIGNE de bb compte.
−12−10−8−6−4−224681012−10−8−6−4−2246810a > 0, b < 0a > 0, b > 0a < 0, b < 0a < 0, b > 0
Le signe de bb se lit sur le CÔTÉ où part la branche, celui de aa sur le HAUT ou le BAS : les quatre réunies forment une parabole couchée, qui n'est pas une fonction.

Ce qui distingue cette courbe de la parabole

  • • UNE SEULE BRANCHE, parce que la racine carrée d'un nombre négatif n'existe pas : rien à gauche de l'origine quand b>0b>0, rien à droite quand b<0b<0.
  • • AUCUN RETOURNEMENT : la fonction est monotone sur tout son domaine. Il n'y a pas d'intervalle de croissance suivi d'un intervalle de décroissance.
  • • UN SEUL ZÉRO, x=0x=0, et c'est aussi le sommet. Le sommet appartient à la courbe, donc les crochets du domaine et de l'image sont FERMÉS en zéro.
  • • TROUVER LA RÈGLE : un seul point suffit, par a=yxa=\dfrac{y}{\sqrt{x}}. On divise par la RACINE de l'abscisse, jamais par l'abscisse.
  • • RECONNAÎTRE UN MODÈLE dans une table : le quotient yx\dfrac{y}{\sqrt{x}} doit être constant. Autre test : si xx est multiplié par kk, alors yy l'est par k\sqrt{k}.
−4−3−2−1123456789−1123456789y = x²y = 2√x
La parabole a deux branches et se retourne en son sommet ; la courbe de 2√x n'a qu'une branche, qui part du sommet et ne fait que monter.

Résoudre, et la réciproque qui boucle le chapitre

  • • ÉQUATION : on isole le radical, on compare les SIGNES des deux membres, et l'on élève au carré seulement s'ils sont de même signe. Sinon, aucune solution.
  • • UNE SEULE SOLUTION, jamais deux : x=4\sqrt{x}=4 donne x=16x=16 et rien d'autre, contrairement à x2=16x^{2}=16. La racine carrée est une fonction.
  • • INÉQUATION : la borne de gauche vient souvent du DOMAINE et non du calcul. 2x≤62\sqrt{x}\le 6 donne [0 ;9][0\,;9], et non ]−∞ ;9]]-\infty\,;9].
  • • RÉCIPROQUE : on échange xx et yy, on isole le radical, on élève au carré. De f(x)=2xf(x)=2\sqrt{x} on tire f−1(x)=x24f^{-1}(x)=\dfrac{x^{2}}{4}, restreinte à [0 ;+∞[[0\,;+\infty[. Domaine et image s'échangent, et les deux courbes sont symétriques par rapport à y=xy=x.
−1123456789101112−1123456789101112y = xf(x) = 2√xréciproque(9 ; 6)(6 ; 9)
f(x) = 2√x et sa réciproque x²/4, restreinte aux x positifs, sont symétriques par rapport à y = x : (9 ; 6) et (6 ; 9) se correspondent.

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 le domaine

toute la question, et une courbe tracée du mauvais côté

Ce qu'il ne faut pas écrire

f(x)=−3xf(x)=-3\sqrt{x} a pour domaine ]−∞ ;0]]-\infty\,;0], puisque le coefficient est négatif

Ce qu'il faut écrire

Le domaine est [0 ;+∞[[0\,;+\infty[ : le coefficient de devant n'agit que sur l'IMAGE

−4−2246810121416−12−10−8−6−4−224y = −3√xdomaine [0 ; +∞[
Le coefficient −3 retourne la branche sous l'axe, mais elle part toujours vers la droite : le domaine reste [0 ; +∞[.

Pourquoi : Le domaine ne dépend que de ce qui est SOUS le radical. Ici le radicande est xx, donc il faut x≥0x\ge 0. Le facteur −3-3 retourne la courbe vers le bas sans la déplacer vers la gauche : l'image devient ]−∞ ;0]]-\infty\,;0], et c'est tout. La règle tient en une phrase : sous le radical pour le domaine, devant le radical pour l'image.

2. Donner le domaine d'une racine à radicande négatif

toute la question

Ce qu'il ne faut pas écrire

g(x)=−xg(x)=\sqrt{-x} n'existe pas, puisqu'on ne prend pas la racine d'un négatif

Ce qu'il faut écrire

Son domaine est ]−∞ ;0]]-\infty\,;0] : par exemple g(−9)=9=3g(-9)=\sqrt{9}=3

−12−10−8−6−4−224−112345y = √(−x)g(−9) = 3
y = √(−x) existe pour les x négatifs : sa branche part vers la gauche, et g(−9) = √9 = 3.

Pourquoi : Ce qui doit être positif, c'est le RADICANDE, c'est-à-dire −x-x, et cela se produit précisément quand xx est négatif. L'affirmation confond le signe de la variable et le signe de l'expression sous la racine. Contrôle en cinq secondes : on essaie x=−4x=-4, et 4=2\sqrt{4}=2 existe bel et bien.

3. Compter les branches

1 à 2 points, et une image fausse

Ce qu'il ne faut pas écrire

La courbe de axa\sqrt{x} a deux branches, comme la parabole

Ce qu'il faut écrire

Elle n'en a qu'UNE : c'est une demi-branche de parabole couchée

−224681012141618−12−10−8−6−4−22468101214a = 3, croissantea = −2, décroissante
Les deux courbes ont le MÊME domaine, [0 ; +∞[, et des images opposées : le coefficient de devant ne déplace jamais le départ de la branche.

Pourquoi : La parabole se déploie des deux côtés de son axe parce que xx peut y être négatif. Ici, le domaine est une demi-droite : il n'y a rien de l'autre côté du sommet. Il faut QUATRE courbes de ce chapitre, une par combinaison de signes, pour reconstituer une parabole entière, et cette parabole couchée n'est pas une fonction.

4. Sortir un facteur de sous le radical

1 à 2 points, et un paramètre faux dans toute la suite

Ce qu'il ne faut pas écrire

9x=9x\sqrt{9x}=9\sqrt{x}

Ce qu'il faut écrire

9x=9 x=3x\sqrt{9x}=\sqrt{9}\,\sqrt{x}=3\sqrt{x}

−11234246810121416183√x9√x√9 = 39
√(9x) = 3√x : en x = 1, la bonne courbe passe par 3 (vert), celle de 9√x par 9 (rouge).

Pourquoi : La racine se distribue sur un produit, mais elle s'applique AUSSI au facteur numérique : on en prend la racine, on ne le recopie pas. Contre-exemple avec x=1x=1 : la gauche vaut 33, la droite vaut 99. C'est cette identité qui permet de ramener toujours le paramètre sous le radical à +1+1 ou −1-1.

5. Trouver le paramètre à partir d'un point

toute la question

Ce qu'il ne faut pas écrire

La courbe passe par (9 ;12)(9\,;12), donc a=129=43a=\dfrac{12}{9}=\dfrac{4}{3}

Ce qu'il faut écrire

a=129=123=4a=\dfrac{12}{\sqrt{9}}=\dfrac{12}{3}=4

−11234567891011122468101214y = 4√xy = (4/3)√x(9 ; 12)(9 ; 4)
En divisant par √9 = 3, y = 4√x passe bien par (9 ; 12) ; en divisant par 9, la courbe passerait par (9 ; 4).

Pourquoi : On divise par la RACINE de l'abscisse, parce que c'est x\sqrt{x}, et non xx, qui multiplie aa. Le contrôle est immédiat : avec a=43a=\dfrac{4}{3}, la courbe passerait par (9 ;4)(9\,;4) et non par (9 ;12)(9\,;12). C'est l'erreur symétrique de celle du chapitre précédent, où l'on divisait par le carré.

6. Résoudre une inéquation avec radical

1 point, et la moitié de l'ensemble donné est impossible

Ce qu'il ne faut pas écrire

2x≤62\sqrt{x}\le 6 donne x≤9x\le 9, soit ]−∞ ;9]]-\infty\,;9]

Ce qu'il faut écrire

L'ensemble-solution est [0 ;9][0\,;9] : la borne de gauche vient du DOMAINE

−6−4−224681012−112345678y = 2√xy = 6impossible
2√x ≤ 6 : la courbe est sous la droite y = 6 de x = 0 à x = 9. Les x négatifs, en rouge, ne sont pas dans le domaine.

Pourquoi : Le domaine n'est pas une condition qu'on ajoute à la fin : il se CROISE avec le résultat du calcul. Tous les nombres négatifs de l'ensemble faux rendent le radical impossible, donc ils ne peuvent pas être solutions. Contrôle : x=−4x=-4 ne vérifie rien, puisque 2−42\sqrt{-4} n'existe pas.

7. Compter les solutions d'une équation avec radical

1 point, et une solution impossible livrée au correcteur

Ce qu'il ne faut pas écrire

x=4\sqrt{x}=4 donne x=16x=16 et x=−16x=-16

Ce qu'il faut écrire

Une seule solution, x=16x=16

−22468101214161820−1123456y = √xy = 416, seule solution
La droite y = 4 ne coupe la courbe de √x qu'une fois, en x = 16 : une seule solution.

Pourquoi : La confusion vient de x2=16x^{2}=16, qui a bien deux solutions opposées. Mais ici c'est la RACINE qui est donnée, et la racine carrée est une fonction : elle ne rend qu'un seul nombre, positif. La valeur −16-16 n'est même pas dans le domaine. Le double signe appartient au chapitre de la quadratique, pas à celui-ci.

Quelle méthode choisir

Que lire, selon ce que l'énoncé demande

Une fonction f(x)=abxf(x)=a\sqrt{bx}, donnée par sa règle, par un point ou par une table

  • Si On cherche le DOMAINE → Regarder uniquement SOUS le radical et résoudre radicande positif ou nul

    Exemple : h(x)=−3−2xh(x)=-3\sqrt{-2x} : il faut −2x≥0-2x\ge 0, donc ]−∞ ;0]]-\infty\,;0]

  • Si On cherche l'IMAGE ou le sens de variation → Regarder uniquement le signe du coefficient DE DEVANT

    Exemple : a<0a<0 donne une image négative et une fonction décroissante

  • Si On donne un POINT et l'on cherche la règle → a=yxa=\dfrac{y}{\sqrt{x}}, en choisissant d'abord le signe de bb selon le côté

    Exemple : Branche à gauche par (−4 ;6)(-4\,;6) : f(x)=3−xf(x)=3\sqrt{-x}

  • Si On donne une TABLE → Tester si yx\dfrac{y}{\sqrt{x}} est constant, ou si xx fois kk donne yy fois k\sqrt{k}

    Exemple : 55, 1010, 1515, 2020 pour x=1x=1, 44, 99, 1616 : quotient constant 55

  • Si On résout une ÉQUATION ou une INÉQUATION → Isoler le radical, comparer les signes, élever au carré, croiser avec le domaine

    Exemple : 4x=−84\sqrt{x}=-8 : le second membre est négatif, donc aucune solution

  • Si On demande la RÉCIPROQUE → Échanger, isoler, élever au carré, et restreindre selon l'image de ff

    Exemple : f(x)=2xf(x)=2\sqrt{x} donne f−1(x)=x24f^{-1}(x)=\dfrac{x^{2}}{4} sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[

La forme canonique à sommet quelconque, ab(x−h)+ka\sqrt{b(x-h)}+k, n'est pas au programme de la TS 4 : elle arrive en TS 5. Ici le sommet est toujours l'origine.

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 avec radical

Quand l'utiliser : Dès que l'inconnue est sous une racine carrée

  1. 1 Écrire le DOMAINE, obtenu en rendant le radicande positif ou nul.
  2. 2 Isoler le radical d'un côté du signe égal.
  3. 3 Comparer les SIGNES des deux membres. S'ils diffèrent, conclure immédiatement : aucune solution.
  4. 4 Élever au carré et résoudre l'équation obtenue.
  5. 5 Vérifier dans l'équation de départ, puis conclure en nommant le nombre de solutions.

Phrase de conclusion

« Domaine : x≥0x\ge 0. On isole : x=−84=−2\sqrt{x}=\dfrac{-8}{4}=-2. Un radical n'est jamais négatif, donc l'équation n'a aucune solution. »

Le piège : Élever au carré avant d'avoir comparé les signes : on trouve alors x=4x=4, une valeur qui ne vérifie rien, et la copie livre une racine étrangère.

Barème : 1 point pour le domaine, 1 point pour l'isolement, 1 point pour la comparaison des signes ou l'élévation, 1 point pour la vérification et la conclusion.

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

La vitesse d'écoulement par un orifice

Un liquide s'échappe par un orifice percé dans la paroi d'un réservoir ouvert. Sa vitesse de sortie vaut v=19,6 hv=\sqrt{19{,}6\,h}, où hh est la hauteur de liquide au-dessus de l'orifice, en mètres, et vv la vitesse en mètres par seconde. Calculez la vitesse pour h=2h=2 m, puis trouvez la hauteur qui donne 1010 mètres par seconde.

surface libreorificeh
Le réservoir en coupe : h se mesure de la surface libre jusqu'à l'orifice, pas jusqu'au fond.

Étape 1

Domaine : 19,6h≥019{,}6h\ge 0, donc h≥0h\ge 0. Physiquement c'est acquis, une hauteur étant positive.

Pourquoi

Le domaine s'écrit même quand il paraît évident : c'est lui qui justifiera, à la fin, de ne garder qu'une seule solution. Le dire coûte une ligne et rapporte un point.

Étape 2

Pour h=2h=2 : v=19,6×2=39,2≈6,26v=\sqrt{19{,}6\times 2}=\sqrt{39{,}2}\approx 6{,}26 mètre par seconde.

Pourquoi

On multiplie SOUS le radical avant de prendre la racine. Prendre 19,6≈4,43\sqrt{19{,}6}\approx 4{,}43 puis multiplier par 22 donnerait 8,858{,}85, ce qui est faux : la racine ne se distribue pas sur un facteur qu'on sort à moitié.

Étape 3

Pour l'autre question, on isole : 19,6h=10\sqrt{19{,}6h}=10. Les deux membres sont positifs, donc on peut élever au carré.

Pourquoi

La comparaison des signes est l'étape que les copies sautent. Ici elle est favorable, mais c'est elle qui autorise la suite : si le second membre avait été négatif, il n'y aurait eu aucune solution.

Étape 4

19,6h=10019{,}6h=100, donc h=10019,6≈5,10h=\dfrac{100}{19{,}6}\approx 5{,}10 m.

Pourquoi

On élève les deux membres ENTIERS au carré, pas seulement une partie. Le radicande 19,6h19{,}6h devient 100100 d'un seul coup, et il reste une équation du premier degré.

Étape 5

Vérification : 19,6×5,102=100=10\sqrt{19{,}6\times 5{,}102}=\sqrt{100}=10. Contrôle de vraisemblance : 1010 est entre 6,266{,}26 et 12,5212{,}52, la vitesse à 88 m, donc hh doit être entre 22 et 88 m.

Pourquoi

Deux contrôles indépendants : la substitution vérifie le calcul, l'encadrement vérifie l'ordre de grandeur. Le second attrape les erreurs de division que le premier laisserait passer si on le fait de tête.

Conclusion rédigée

La vitesse vaut environ 6,266{,}26 mètre par seconde pour h=2h=2 m, et il faut environ 5,105{,}10 m de hauteur pour atteindre 1010 mètres par seconde.

L'erreur classique sur cet exercice : Sortir le 19,619{,}6 du radical en le laissant tel quel, ce qui donne 4,43×2=8,854{,}43\times 2=8{,}85 au lieu de 6,266{,}26. Une racine ne se distribue que sur un PRODUIT entier, et il faut alors prendre la racine de chaque facteur.

À savoir par cœur

  • • f(x)=abxf(x)=a\sqrt{bx} : sommet (0 ;0)(0\,;0), une seule branche.
  • • Sous le radical, le DOMAINE. Devant le radical, l'IMAGE.
  • • b>0b>0 : branche à droite. b<0b<0 : branche à gauche.
  • • a>0a>0 : croissante, image positive. a<0a<0 : décroissante, image négative.
  • • Monotone sur tout le domaine : pas de retournement.
  • • bx=b x\sqrt{bx}=\sqrt{b}\,\sqrt{x} : seul le signe de bb compte.
  • • a=yxa=\dfrac{y}{\sqrt{x}} : on divise par la RACINE de l'abscisse.
  • • x=k\sqrt{x}=k n'a qu'UNE solution, contrairement à x2=kx^{2}=k.
  • • Inéquation : croiser avec le domaine, la borne de gauche en vient souvent.
  • • Réciproque : la quadratique restreinte, symétrique par rapport à y=xy=x.

Questions fréquentes

Comment trouver le domaine d'une fonction racine carrée ?

Regardez uniquement ce qui se trouve sous le radical et rendez-le positif ou nul. Le coefficient placé devant la racine n'intervient pas : il ne change que l'image et le sens de variation. Par exemple, la fonction moins trois fois racine de x a pour domaine les réels positifs, malgré le signe moins.

Pourquoi la courbe n'a-t-elle qu'une seule branche ?

Parce que la racine carrée d'un nombre négatif n'existe pas dans les réels. Le domaine est donc une demi-droite, et il n'y a rien de l'autre côté du sommet. C'est la grande différence avec la parabole : il faut quatre courbes de ce type, une par combinaison de signes, pour reconstituer une parabole complète, et celle-ci est couchée.

Combien de solutions a une équation avec racine carrée ?

Une au plus, dans ce chapitre. La racine carrée est une fonction, donc elle ne rend qu'un seul nombre, et ce nombre est positif. Si le membre isolé face au radical est négatif, il n'y a aucune solution, et l'on conclut sans élever au carré. Le double signe appartient aux équations du type x au carré égale k.

Comment trouver le coefficient à partir d'un point ?

Divisez l'ordonnée par la racine de l'abscisse, et non par l'abscisse elle-même. Par exemple, pour un point d'abscisse neuf et d'ordonnée douze, le coefficient vaut douze divisé par trois, soit quatre. Choisissez d'abord le signe du paramètre sous le radical selon le côté où part la branche.

Quel est le lien entre la racine carrée et la fonction quadratique ?

Ce sont deux fonctions réciproques l'une de l'autre, à condition de restreindre la quadratique aux abscisses positives. En échangeant les rôles des deux variables dans l'une, on obtient l'autre, et leurs courbes sont symétriques par rapport à la droite d'équation y égale x. Le domaine de l'une est l'image de l'autre.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : La fonction racine carrée de sommet à l'origine

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.

  • 10 exercices corrigés
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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-racine-carree. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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