Fonctions affines

Définition, méthode pas à pas, exemple corrigé et exercice type contrôle de Seconde.

Maths Seconde Lecture : 5 min Programme officiel 2019

Une fonction $f$ est dite affine si elle peut s'écrire sous la forme $f(x) = ax + b$, où $a$ et $b$ sont des nombres réels fixés.

  • Le nombre $a$ est appelé le coefficient directeur (ou pente) de la droite représentative.
  • Le nombre $b$ est appelé l'ordonnée à l'origine de la droite représentative.

La représentation graphique d'une fonction affine est une droite. Si $b=0$, la fonction est dite linéaire ($f(x) = ax$) et sa droite représentative passe par l'origine du repère $(0\,;0)$. Si $a=0$, la fonction est dite constante ($f(x) = b$) et sa droite représentative est horizontale.

-3-2-1123-3-2-11234012p = −1y = 2x − 1y = −0,5x + 2
f(x) = mx + p : m est le coefficient directeur (pente), p l'ordonnée à l'origine.
Bon réflexe : Pour tracer la droite représentative d'une fonction affine, calculez les images de deux nombres différents (par exemple $0$ et $1$) pour obtenir deux points, puis reliez-les.
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Calculer l'image d'un nombre

Pour calculer l'image d'un nombre $x_0$ par une fonction affine $f(x) = ax + b$, il suffit de remplacer $x$ par $x_0$ dans l'expression de la fonction : $f(x_0) = a x_0 + b$.

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Calculer l'antécédent d'un nombre

Pour calculer l'antécédent d'un nombre $y_0$ par une fonction affine $f(x) = ax + b$, il faut résoudre l'équation $f(x) = y_0$, c'est-à-dire $ax + b = y_0$. Si $a \neq 0$, il y a une unique solution : $x = \frac{y_0 - b}{a}$.

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Déterminer l'expression d'une fonction affine

Si l'on connaît deux points $(x_1\,;y_1)$ et $(x_2\,;y_2)$ de la droite représentative de $f$, on peut déterminer $a$ et $b$.

  • Le coefficient directeur $a$ est donné par la formule : $a = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$ (avec $x_1 \neq x_2$).
  • Une fois $a$ calculé, on utilise un des points pour trouver $b$ : $y_1 = a x_1 + b$, donc $b = y_1 - a x_1$.

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Étudier le sens de variation

Le sens de variation d'une fonction affine $f(x) = ax + b$ dépend du signe de son coefficient directeur $a$.

  • Si $a \gt 0$, la fonction $f$ est strictement croissante.
  • Si $a \lt 0$, la fonction $f$ est strictement décroissante.
  • Si $a = 0$, la fonction $f$ est constante.

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Étudier le signe de $ax+b$

Pour étudier le signe de $ax+b$, on cherche la valeur de $x$ pour laquelle $ax+b=0$. Cette valeur est $x = -\frac{b}{a}$ (si $a \neq 0$). Le signe de $ax+b$ est celui de $a$ après la racine, et le signe opposé avant la racine.

Soit la fonction affine $f$ définie par $f(x) = -3x + 5$.
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Calculer l'image de $2$ par $f$.
On remplace $x$ par $2$ dans l'expression de $f(x)$ :
$f(2) = -3 × 2 + 5$
$f(2) = -6 + 5$
$f(2) = -1$
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Calculer l'antécédent de $-4$ par $f$.
On résout l'équation $f(x) = -4$ :
$-3x + 5 = -4$
$-3x = -4 - 5$
$-3x = -9$
$x = \frac{-9}{-3}$
$x = 3$
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Déterminer le sens de variation de $f$.
Le coefficient directeur est $a = -3$.
Comme $a \lt 0$, la fonction $f$ est strictement décroissante.
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Dresser le tableau de signes de $f(x)$.
On cherche la valeur de $x$ pour laquelle $f(x) = 0$ :
$-3x + 5 = 0$
$-3x = -5$
$x = \frac{-5}{-3} = \frac{5}{3}$
Le coefficient directeur $a = -3$ est négatif. Le signe de $f(x)$ est donc positif avant $\frac{5}{3}$ et négatif après.
x−∞5/3+∞Signe de f(x)0+−
Pour la fonction $f(x) = -3x + 5$ : l'image de $2$ est $-1$, l'antécédent de $-4$ est $3$. La fonction est strictement décroissante et son signe change en $x = \frac{5}{3}$.
  1. Ne pas faire attention au signe du coefficient directeur $a$ pour le sens de variation ou le tableau de signes.
  2. Intervertir $a$ et $b$ dans l'expression $f(x) = ax + b$. Par exemple, penser que $f(x) = 2 + 3x$ a un coefficient directeur de $2$ et une ordonnée à l'origine de $3$. C'est faux, $a=3$ et $b=2$.
  3. Oublier que la formule $a = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$ est une différence de $y$ au numérateur et de $x$ au dénominateur, dans le même ordre.
Soit la fonction affine $g$ dont la représentation graphique passe par les points $A(-1\,; 7)$ et $B(2\,; -2)$.
  1. Déterminer l'expression de la fonction $g(x)$ sous la forme $ax+b$.
  2. Calculer l'image de $0$ par $g$. Interpréter graphiquement ce résultat.
  3. Déterminer le sens de variation de $g$ et justifier votre réponse.
  1. Déterminer l'expression de $g(x)$ :
    On utilise les coordonnées des points $A(-1\,; 7)$ et $B(2\,; -2)$.
    Le coefficient directeur $a$ est donné par la formule :
    $a = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A} = \frac{-2 - 7}{2 - (-1)} = \frac{-9}{2 + 1} = \frac{-9}{3} = -3$
    Maintenant, on utilise un des points (par exemple $A$) pour trouver $b$. On sait que $g(x) = -3x + b$.
    $g(-1) = 7 \implies -3 × (-1) + b = 7$
    $3 + b = 7$
    $b = 7 - 3$
    $b = 4$
    L'expression de la fonction $g$ est donc $g(x) = -3x + 4$.
  2. Calculer l'image de $0$ par $g$ et interpréter :
    On remplace $x$ par $0$ dans l'expression de $g(x)$ :
    $g(0) = -3 × 0 + 4 = 0 + 4 = 4$
    L'image de $0$ par $g$ est $4$. Graphiquement, cela signifie que la droite représentative de $g$ coupe l'axe des ordonnées au point $(0\,; 4)$. C'est l'ordonnée à l'origine.
  3. Déterminer le sens de variation de $g$ :
    Le coefficient directeur de la fonction $g$ est $a = -3$.
    Comme $a \lt 0$, la fonction $g$ est strictement décroissante.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre une fonction affine et une fonction linéaire ?
Une fonction linéaire est un cas particulier de fonction affine. Une fonction linéaire s'écrit $f(x) = ax$ (donc $b=0$). Sa représentation graphique est une droite qui passe toujours par l'origine du repère $(0\,;0)$. Une fonction affine $f(x) = ax + b$ ne passe par l'origine que si $b=0$.
Comment savoir si un tableau de valeurs correspond à une fonction affine ?
Pour qu'un tableau de valeurs corresponde à une fonction affine, il faut que les variations des images soient proportionnelles aux variations des antécédents. C'est-à-dire, si on prend deux couples $(x_1\,;y_1)$ et $(x_2\,;y_2)$, le rapport $\frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$ doit être constant pour tous les couples de points choisis. Ce rapport constant est le coefficient directeur $a$.
Peut-on avoir une fonction affine dont la droite est verticale ?
Non, la représentation graphique d'une fonction affine est toujours une droite non verticale. Une droite verticale a une équation de la forme $x = c$ (où $c$ est une constante), et à une valeur de $x$ correspondent une infinité de valeurs de $y$. Ce n'est pas la définition d'une fonction, où chaque $x$ doit avoir une unique image $y$.
À quoi sert l'ordonnée à l'origine $b$ ?
L'ordonnée à l'origine $b$ est la valeur de $f(0)$, c'est-à-dire l'image de $0$. Graphiquement, c'est l'ordonnée du point où la droite représentative de la fonction coupe l'axe des ordonnées. C'est un point clé pour tracer la droite.

Le passage en Seconde est difficile ?

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