Généralités sur les fonctions : corrigés des exercices de maths en 3ème.

Exercice 1 : généralité sur les fonctions.
1) Par lecture graphique, une valeur approchée de \( v(6) \) est environ 250.

2) Calcul de la valeur exacte de \( v(6) \):

\[
v(x) = 18\pi ( (1 + \frac{x}{2})^3 – 1 )
\]

En remplaçant \( x \) par 6, nous obtenons :

\[
v(6) = 18\pi ( (1 + \frac{6}{2})^3 – 1 )
\]

\[
v(6) = 18\pi ( (1 + 3)^3 – 1 )
\]

\[
v(6) = 18\pi ( 4^3 – 1 )
\]

\[
v(6) = 18\pi ( 64 – 1 )
\]

\[
v(6) = 18\pi \times 63
\]

\[
v(6) = 1134\pi
\]

Comme \( \pi \approx 3.14 \), nous obtenons :

\[
v(6) \approx 1134 \times 3.14
\]

\[
v(6) \approx 3550.76
\]

3) L’arrondi à l’unité de l’image du nombre 6 par la fonction \( v \) est :

\[
v(6) \approx 3551
\]

4) Par lecture graphique, pour encadrer par deux entiers consécutifs l’antécédent par la fonction \( v \) du nombre 250 :

D’après le graphique, on observe que \( v(4) \approx 100 \) et \( v(5) \approx 200 \), et \( v(6) \approx 250 \). On en déduit donc que l’antécédent de 250 se trouve entre 5 et 6.

Exercice 2 : exploitation d’une courbe – Fonctions.
1) Peut-on dire que la vitesse du sportif a été constante durant toute sa course ?

Non, la vitesse du sportif n’a pas été constante durant toute sa course. En effet, la courbe présente plusieurs segments avec des pentes différentes, ce qui indique des vitesses variées.

2) Le coureur s’est-il arrêté ? Si oui, pendant combien de temps ?

Oui, le coureur s’est arrêté. Cela se remarque aux segments horizontaux de la courbe où la distance parcourue reste constante malgré le passage du temps. Le coureur s’est arrêté entre 5 et 15 minutes, soit pendant \(15 – 5 = 10\) minutes.

3) Quelle est l’image de 5 par la fonction \(d : t \mapsto d(t) \) ? Que signifie dans la pratique ce résultat ?

L’image de 5 par la fonction \(d : t \mapsto d(t) \) est \(d(5) = 2\). Cela signifie qu’à 5 minutes, le coureur avait parcouru 2 km.

4) Quel est l’antécédent de 6 par la fonction \(d : t \mapsto d(t) \) ? Quelle a été la durée du parcours de 6 km effectuée par le coureur ?

L’antécédent de 6 par la fonction \(d : t \mapsto d(t)\) est \(t = 35\) minutes. Cela signifie que le coureur a mis 35 minutes pour parcourir 6 km.

5) Pendant sa course, le coureur a gravi une côte. Quand a certainement dû débuter l’ascension de cette côte ? Quelle était la longueur de cette côte ?

L’ascension de la côte a certainement dû débuter à 15 minutes et s’est terminée à 25 minutes. La longueur de cette côte est passée de 2 km (à 15 minutes) à 3.5 km (à 25 minutes), donc elle est de \(3.5 – 2 = 1.5\) km.

6) Pourquoi peut-on supposer que les 10 dernières minutes de course furent effectuées en descente ?

On peut supposer que les 10 dernières minutes de course furent effectuées en descente, car la courbe de la distance augmente plus rapidement, ce qui indique une augmentation de la vitesse. Habituellement, une vitesse accrue sur une courte période de temps est un indice de descente.

7) Quelle a été la vitesse moyenne de ce coureur durant les 10 dernières minutes de course ? Quelle a été la vitesse moyenne de ce coureur sur l’ensemble de sa course ?

Durant les 10 dernières minutes de course, le coureur est passé de \((25\) minutes, \(3.5\) km\)\) à \((35\) minutes, \(6\) km\)\). Ainsi, la vitesse moyenne durant les 10 dernières minutes est de :

\[ v = \frac{6 – 3.5}{35 – 25} = \frac{2.5}{10} = 0.25 \text{ km/min} \]

Sur l’ensemble de sa course:

\[ v = \frac{6 \text{ km}}{35 \text{ min}} = \frac{6}{35} = 0.1714 \approx 0.17 \text{ km/min} \]

Il convient de noter que 0.17 km/min représente également environ 10.2 km/h.

Exercice 3 : représentation graphique d’une courbe – Fonctions.
a) L’image par \( h \) du nombre 8 est \( h(8) = 4 \).

b) \( h(-1) \) est égal à 3.

c) Les antécédents par \( h \) du nombre 0 sont \( x = 0 \), \( x = 5 \), et \( x = 7 \).

d) L’image par \( h \) du nombre -3 est \( h(-3) = 1 \).

e) Les antécédents par \( h \) du nombre -2 sont \( x = -1 \) et \( x = 6 \).

f) Les antécédents par \( h \) du nombre 2 sont \( x = -2 \), \( x = 3 \), et \( x = 9 \).

Exercice 4 : géométrie et fonctions.
\[\]Correction de l’exercice\[\]

1. a. Construire un triangle \( EFG \) tel que :
\[ EF = 5{,}4 \text{ cm}, \quad EG = 7{,}2 \text{ cm}, \quad FG = 9 \text{ cm} \]

b. \( M \) est le point du segment \([EF]\) tel que \( EM = \frac{2}{3} \times EF \). Calculons la longueur \( EM \) :
\[ EM = \frac{2}{3} \times 5{,}4 = \frac{2 \times 5{,}4}{3} = \frac{10{,}8}{3} = 3{,}6 \text{ cm} \]

c. Par \( M \), tracer la parallèle à la droite \((FG)\) ; elle coupe le segment \([EG]\) en \( N \). Calculons \( EN \) :

Puisque \( MN \parallel FG \) et en utilisant les théorèmes sur les triangles semblables et les parallèles :
\[ \frac{EN}{EG} = \frac{EM}{EF} \]

On a,
\[ \frac{EN}{7{,}2} = \frac{3{,}6}{5{,}4} \]

\[ \frac{EN}{7{,}2} = \frac{2}{3} \]

\[ EN = \frac{2}{3} \times 7{,}2 = 4{,}8 \text{ cm} \]

d. Démontrer que \( EFG \) est un triangle rectangle en \( E \). En déduire l’aire du triangle \( EMN \).

En utilisant le théorème de Pythagore pour vérifier si le triangle \([EFG]\) est rectangle en \( E \) :
\[ EF^2 + EG^2 = FG^2 \]

\[ 5{,}4^2 + 7{,}2^2 = 9^2 \]

\[ 29{,}16 + 51{,}84 = 81 \]

Comme \( 81 = 81 \), le triangle \( EFG \) est bien rectangle en \( E \).

L’aire du triangle \( EMN \) :

\[ Aire = \frac{1}{2} \times EM \times EN \]

\[ Aire = \frac{1}{2} \times 3{,}6 \times 4{,}8 = \frac{1}{2} \times 17{,}28 = 8{,}64 \text{ cm}^2 \]

2. a. Les valeurs de \( x \) comprises entre :
\[ 0 \leq\, x \leq\, 5{,}4 \]

b. Exprimer la longueur \( EN \) en fonction de \( x \) :

En utilisant la proportionnalité :
\[ \frac{EN}{EG} = \frac{x}{EF} \]

\[ EN = \frac{x \times EG}{EF} = \frac{x \times 7{,}2}{5{,}4} = \frac{4}{3}x \]

c. L’aire en fonction de \( x \) :
\[ A(x) = \frac{1}{2} \times x \times \frac{4}{3}x = \frac{1}{2} \times \frac{4}{3} x^2 = \frac{2}{3} x^2 \]

d. Le graphique de la fonction \( A \) est représenté dans l’image.

Lire une valeur approximée :

– \( A(3{,}5) \approx 8 \text{ cm}^2 \)
– \( x \approx 4{,}34 \text{ cm} \) pour \( A(x) = 12 \text{ cm}^2 \)

Exercice 5 : problème sur les fractions
1. Pour que la boîte soit fabriquée correctement en coupant les coins de \( x \) cm, il est nécessaire que \( x \) soit compris entre 0 et 10. Ces limites existent parce que si \( x \) dépasse 10, deux découpes se superposeraient, empêchant ainsi la formation de la boîte.

2. La hauteur de la boîte est égale à la valeur \( x \) des coins découpés, donc \( x \) cm.

3. L’aire \( A(x) \) du carré au fond de la boîte peut être calculée comme suit :
\[
A(x) = (20 – 2x)^2 \quad \text{cm}^2
\]
4. Le volume \( V(x) \) de la boîte est donné par l’aire du fond multipliée par la hauteur \( x \) :
\[
V(x) = (20 – 2x)^2 \cdot x \quad \text{cm}^3
\]
5. Représentation graphique de \( V(x) \) de 0 à 10 :

« `
[Insérer ici le graphique à la main ou à l’aide d’un logiciel approprié]
« `

6. Conjecture pour la valeur de \( x \) pour laquelle le volume est maximum :
En observant la représentation graphique, on peut conjecturer que le volume est maximum pour une valeur de \( x \) proche de 3,3 cm.

En utilisant la dérivée pour vérifier cette conjecture :
\[
V'(x) = 4x^2 – 80x + 400
\]
Résolvons \( V'(x) = 0 \) pour trouver les points critiques. Cela donne :
\[
4x^2 – 80x + 400 = 0
\]
En utilisant la formule quadratique, on trouve :
\[
x = \frac{80 \pm \sqrt{80^2 – 4 \times 4 \times 400}}{8} = \frac{80 \pm \sqrt{6400 – 1600}}{8} = \frac{80 \pm \sqrt{4800}}{8}
\]
\[
x = \frac{80 \pm 40\sqrt{3}}{8} = 10 \pm 5\sqrt{3}
\]
Puisque \( 10 – 5\sqrt{3} \approx 1.34 \) est dans l’intervalle [0, 10], il s’agit d’un candidat pour la maximisation. Pour vérifier lequel des deux est un maximum, il convient d’évaluer le signe de la dérivée seconde ou d’observer la valeur via un tableau de variations. En conclusion, la boîte atteint son volume maximal approximativement pour \( x \approx 3.3 \) cm.

Exercice 6 : notion de fonctions, calcul d’image et d’antécédent
a. \( g(-0.1) = 2 \)

b. \( g(0) = 1 \)

c. \( g(0.9) = -5 \)

d. \( g(0.9) = -5 \)

e. \( g(0.7) = -0.1 \)

Exercice 7 : lecture d’image et d’antécédent à partir d’un graphique
a. L’image de \(0\) par la fonction \(h\) est : \( h(0) = 1 \).

b. Les nombres ayant pour image \(0\) par la fonction \(h\) sont \( x = -1 \) et \( x = 1 \).

c. Valeurs approximées :

– L’image de \(4\) par la fonction \(h\) est environ \( h(4) \approx 35 \).

– L’image de \(-3\) par la fonction \(h\) est environ \( h(-3) \approx 9 \).

Exercice 8 : tableau de valeurs et nombre d’antécédents
Correction de l’exercice :

a. 3,5

Pour trouver l’antécédent de 3,5, il suffit de repérer la valeur 3,5 dans la ligne correspondant à \( f(x) \) :

\[
f(0) = 3,5
\]

L’antécédent de 3,5 est donc \( x = 0 \).

b. -2

Pour trouver l’antécédent de -2, il suffit de repérer la valeur -2 dans la ligne correspondant à \( f(x) \) :

\[
f(-1,5) = -2 \quad \text{et} \quad f(2) = -2
\]

Les antécédents de -2 sont donc \( x = -1,5 \) et \( x = 2 \).

c. 2

Pour trouver l’antécédent de 2, il suffit de repérer la valeur 2 dans la ligne correspondant à \( f(x) \). Or, on constate qu’il n’y a aucune valeur de \( x \) pour laquelle \( f(x) = 2 \).

Il n’y a donc pas d’antécédent de 2 dans ce tableau.

Exercice 9 : compléter un tableau de valeur à l’aide d’une fonction
La fonction \( h \) représentée par le graphique nous permet de lire les valeurs nécessaires pour compléter le tableau. Après avoir observé le graphique, nous obtenons les valeurs suivantes :

Pour \( x = -1,25 \), nous lisons \( h(-1,25) = 0,5 \).
Pour \( x = -1 \), nous lisons \( h(-1) = 1,25 \).

Le tableau complété est donc :

\[
\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline
x -1,25 -1 1 \\
\hline
h(x) 0,5 1,25 1 \\
\hline
\end{array}
\]

Exercice 10 : hauteur d’un triangle équilatéral et fonctions
a. Calculons la hauteur \( h \) du triangle équilatéral de côté 5 cm. Un triangle équilatéral peut être divisé en deux triangles rectangles, dont les côtés adjacents à l’angle droit sont la hauteur \( h \) et la moitié de la base, soit \( \frac{5}{2} = 2.5 \) cm. Le côté opposé étant \( 5 \) cm, on utilise le théorème de Pythagore :

\[ h = \sqrt{5^2 – 2.5^2} = \sqrt{25 – 6.25} = \sqrt{18.75} = 2.5\sqrt{3} \ \text{cm} \]

Sachant cela, l’aire \( A \) du triangle est :
\[ A = \frac{1}{2} \cdot \text{base} \cdot \text{hauteur} = \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot (2.5\sqrt{3}) = \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot 2.5 \cdot \sqrt{3} = 6.25 \sqrt{3} \ \text{cm}^2 \]

b. Si on note \( x \) le côté du triangle équilatéral, sa hauteur \( h \) est:

\[ h = \sqrt{x^2 – (\frac{x}{2})^2} = \sqrt{x^2 – \frac{x^2}{4}} = \sqrt{\frac{4x^2 – x^2}{4}} = \frac{\sqrt{3}x}{2} \]

c. On appelle \( f \) la fonction qui à \( x \) associe l’aire du triangle équilatéral de côté \( x \). L’aire \( A \) du triangle est donnée par :

\[ A = \frac{1}{2} \cdot \text{base} \cdot \text{hauteur} = \frac{1}{2} \cdot x \cdot \frac{\sqrt{3}x}{2} = \frac{\sqrt{3}x^2}{4} \]

Donc,

\[ f(x) = \frac{\sqrt{3}x^2}{4} \]

Calculons alors \( f(5) \), \( f(3) \) et \( f(\sqrt{3}) \):

\[ f(5) = \frac{\sqrt{3} \cdot 5^2}{4} = \frac{\sqrt{3} \cdot 25}{4} = \frac{25\sqrt{3}}{4} \]

\[ f(3) = \frac{\sqrt{3} \cdot 3^2}{4} = \frac{\sqrt{3} \cdot 9}{4} = \frac{9\sqrt{3}}{4} \]

\[ f(\sqrt{3}) = \frac{\sqrt{3} \cdot (\sqrt{3})^2}{4} = \frac{\sqrt{3} \cdot 3}{4} = \frac{3\sqrt{3}}{4} \]

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