Chapitre 10 · Première

Composition et Fonctions Avancées

Fonctions composées, bijections et réciproques

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Travailler Composition et Fonctions Avancées en Première

Ce chapitre de composition et fonctions avancées en première te demande à la fois de comprendre la méthode et de savoir l’utiliser sur des exercices variés. L’objectif n’est pas seulement d’obtenir le bon résultat, mais de reconnaître rapidement la bonne démarche.

Prérequis

  • Relier expression, tableau et lecture graphique.
  • Identifier le type de question: image, antécédent, signe ou variation.

Compétences à maîtriser

  • Lire et exploiter une fonction dans plusieurs représentations.
  • Rédiger une conclusion claire à partir d’un tableau ou d’un calcul.

Erreurs fréquentes

  • Confondre image et antécédent.
  • Conclure sans citer le signe ou le tableau étudié.

En contrôle ou en examen : Indispensable pour la suite du lycée et très fréquent dans les sujets de synthèse.

1Intermédiaire

Composition de fonctions

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Énoncé

Soient f(x)=2x+1f(x) = 2x + 1 et g(x)=x2−3g(x) = x^2 - 3.
1. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et (f∘g)(x)(f \circ g)(x).
2. Montrer que g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.

Correction détaillée

01

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(2x+1)(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(2x+1). On substitue 2x+12x+1 dans gg :
(g∘f)(x)=(2x+1)2−3=4x2+4x+1−3=4x2+4x−2(g \circ f)(x) = (2x+1)^2 - 3 = 4x^2 + 4x + 1 - 3 = \mathbf{4x^2 + 4x - 2}
02

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x2−3)(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^2 - 3). On substitue x2−3x^2 - 3 dans ff :
(f∘g)(x)=2(x2−3)+1=2x2−6+1=2x2−5(f \circ g)(x) = 2(x^2 - 3) + 1 = 2x^2 - 6 + 1 = \mathbf{2x^2 - 5}
03

Comparaison

g∘f=4x2+4x−2g \circ f = 4x^2 + 4x - 2 et f∘g=2x2−5f \circ g = 2x^2 - 5. Ces expressions sont différentes (par exemple en x=0x = 0 : g∘fg \circ f vaut −2-2 et f∘gf \circ g vaut −5-5).
La composition n'est pas commutative : g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.
2Difficile

Bijection et fonction réciproque

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Énoncé

Soit f(x)=3x−5f(x) = 3x - 5 définie sur R\mathbb{R}.
1. Montrer que ff est une bijection de R\mathbb{R} dans R\mathbb{R}.
2. Déterminer la fonction réciproque f−1f^{-1}.
3. Vérifier que f−1∘f=Idf^{-1} \circ f = \text{Id}.

Correction détaillée

01

Bijectivité de $f$

f′(x)=3>0f'(x) = 3 > 0 pour tout xx, donc ff est strictement croissante sur R\mathbb{R}, donc injective. De plus lim⁡x→−∞f(x)=−∞\lim_{x\to-\infty}f(x) = -\infty et lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim_{x\to+\infty}f(x) = +\infty, donc ff est surjective sur R\mathbb{R}. ff est bijective.
02

Calcul de $f^{-1}$

On résout y=3x−5y = 3x - 5 en xx :
y+5=3x  ⟹  x=y+53y + 5 = 3x \implies x = \frac{y+5}{3}
Donc f−1(x)=x+53f^{-1}(x) = \dfrac{x+5}{3}.
03

Vérification

(f−1∘f)(x)=f−1(f(x))=f−1(3x−5)=(3x−5)+53=3x3=x(f^{-1} \circ f)(x) = f^{-1}(f(x)) = f^{-1}(3x-5) = \frac{(3x-5)+5}{3} = \frac{3x}{3} = x
On retrouve bien la fonction identité. ✓
3Intermédiaire

Composition et domaines de définition

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Énoncé

Soient f(x)=x−1f(x) = \sqrt{x - 1} et g(x)=x2+2xg(x) = x^2 + 2x.
1. Déterminer les domaines de définition DfD_f et DgD_g.
2. Calculer (f∘g)(x)(f \circ g)(x) et déterminer son domaine de définition Df∘gD_{f \circ g}.
3. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et simplifier.

Correction détaillée

01

Domaines de définition

DfD_f : x−1≥0  ⟹  x≥1x - 1 \geq 0 \implies x \geq 1, donc Df=[1,+∞[D_f = [1, +\infty[.
DgD_g : gg est un polynôme, donc Dg=RD_g = \mathbb{R}.
02

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x2+2x)=x2+2x−1(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^2 + 2x) = \sqrt{x^2 + 2x - 1}.
Le domaine exige x2+2x−1≥0x^2 + 2x - 1 \geq 0. Racines : x=−2±82=−1±2x = \dfrac{-2 \pm \sqrt{8}}{2} = -1 \pm \sqrt{2}.
Df∘g=]−∞, −1−2]∪[−1+2, +∞[D_{f \circ g} = ]-\infty,\ -1-\sqrt{2}] \cup [-1+\sqrt{2},\ +\infty[
03

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(x−1)=(x−1)2+2x−1=(x−1)+2x−1(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(\sqrt{x-1}) = (\sqrt{x-1})^2 + 2\sqrt{x-1} = (x-1) + 2\sqrt{x-1}.
Définie sur Df=[1,+∞[D_f = [1, +\infty[.
Si on pose t=x−1≥0t = \sqrt{x-1} \geq 0 :
(g∘f)(x)=t2+2t=t(t+2)≥0(g \circ f)(x) = t^2 + 2t = t(t+2) \geq 0
Donc (g∘f)(x)≥0(g \circ f)(x) \geq 0 pour tout x≥1x \geq 1.
4Intermédiaire

Fonctions paires, impaires et symétries

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Énoncé

Pour chacune des fonctions suivantes, déterminer si elle est paire, impaire ou ni l'une ni l'autre :
1. f(x)=x4−3x2+1f(x) = x^4 - 3x^2 + 1
2. g(x)=x3−xg(x) = x^3 - x
3. h(x)=x2+2x−1h(x) = x^2 + 2x - 1
En déduire une propriété géométrique de la courbe représentative de chaque fonction.

Correction détaillée

01

Test de parité de $f$

f(−x)=(−x)4−3(−x)2+1=x4−3x2+1=f(x)f(-x) = (-x)^4 - 3(-x)^2 + 1 = x^4 - 3x^2 + 1 = f(x).
ff est paire (tous les exposants sont pairs).
Conséquence géométrique : la courbe de ff est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées (OyOy).
02

Test d'imparité de $g$

g(−x)=(−x)3−(−x)=−x3+x=−(x3−x)=−g(x)g(-x) = (-x)^3 - (-x) = -x^3 + x = -(x^3 - x) = -g(x).
gg est impaire (tous les exposants sont impairs).
Conséquence géométrique : la courbe de gg est symétrique par rapport à l'origine O(0,0)O(0,0).
03

Test pour $h$

h(−x)=(−x)2+2(−x)−1=x2−2x−1h(-x) = (-x)^2 + 2(-x) - 1 = x^2 - 2x - 1.
h(−x)≠h(x)h(-x) \neq h(x) (car −2x≠2x-2x \neq 2x) et h(−x)≠−h(x)h(-x) \neq -h(x) (car −h(x)=−x2−2x+1≠x2−2x−1-h(x) = -x^2 - 2x + 1 \neq x^2 - 2x - 1).
hh n'est ni paire ni impaire. La courbe de hh n'a pas de symétrie par rapport à OyOy ni à OO, mais elle admet un axe de symétrie en x=−1x = -1 (sommet de la parabole).
5Intermédiaire

Composition de fonctions — variante

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Énoncé

Variante d'entraînement :
Soient f(x)=3x+2f(x) = 3x + 2 et g(x)=x3−5g(x) = x^3 - 5.
1. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et (f∘g)(x)(f \circ g)(x).
2. Montrer que g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(3x2)(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(3x2). On substitue 3x23x2 dans gg :
(g∘f)(x)=(3x2)3−5=6x3+6x+3−5=6x3+6x−3(g \circ f)(x) = (3x2)^3 - 5 = 6x^3 + 6x + 3 - 5 = \mathbf{6x^3 + 6x - 3}
03

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x3−4)(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^3 - 4). On substitue x3−4x^3 - 4 dans ff :
(f∘g)(x)=3(x3−4)+3=3x3−8+3=3x3−7(f \circ g)(x) = 3(x^3 - 4) + 3 = 3x^3 - 8 + 3 = \mathbf{3x^3 - 7}
04

Comparaison

g∘f=5x3+5x−3g \circ f = 5x^3 + 5x - 3 et f∘g=3x3−7f \circ g = 3x^3 - 7. Ces expressions sont différentes (par exemple en x=2x = 2 : g∘fg \circ f vaut −4-4 et f∘gf \circ g vaut −6-6).
La composition n'est pas commutative : g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.
6Difficile

Bijection et fonction réciproque — variante

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Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=4x−7f(x) = 4x - 7 définie sur R\mathbb{R}.
1. Montrer que ff est une bijection de R\mathbb{R} dans R\mathbb{R}.
2. Déterminer la fonction réciproque f−2f^{-2}.
3. Vérifier que f−2∘f=Idf^{-2} \circ f = \text{Id}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Bijectivité de $f$

f′(x)=4>2f'(x) = 4 > 2 pour tout xx, donc ff est strictement croissante sur R\mathbb{R}, donc injective. De plus lim⁡x→−∞f(x)=−∞\lim_{x\to-\infty}f(x) = -\infty et lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim_{x\to+\infty}f(x) = +\infty, donc ff est surjective sur R\mathbb{R}. ff est bijective.
03

Calcul de $f^{-2}$

On résout y=4x−7y = 4x - 7 en xx :
y+7=4x  ⟹  x=y64y + 7 = 4x \implies x = \frac{y6}{4}
Donc f−2(x)=x64f^{-2}(x) = \dfrac{x6}{4}.
04

Vérification

(f−2∘f)(x)=f−2(f(x))=f−2(5x−6)=(5x−6)65=5x5=x(f^{-2} \circ f)(x) = f^{-2}(f(x)) = f^{-2}(5x-6) = \frac{(5x-6)6}{5} = \frac{5x}{5} = x
On retrouve bien la fonction identité. ✓
7Intermédiaire

Composition et domaines de définition — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soient f(x)=x−3f(x) = \sqrt{x - 3} et g(x)=x4+4xg(x) = x^4 + 4x.
1. Déterminer les domaines de définition DfD_f et DgD_g.
2. Calculer (f∘g)(x)(f \circ g)(x) et déterminer son domaine de définition Df∘gD_{f \circ g}.
3. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et simplifier.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Domaines de définition

DfD_f : x−3≥2  ⟹  x≥3x - 3 \geq 2 \implies x \geq 3, donc Df=[3,+∞[D_f = [3, +\infty[.
DgD_g : gg est un polynôme, donc Dg=RD_g = \mathbb{R}.
03

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x4+4x)=x4+4x−3(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^4 + 4x) = \sqrt{x^4 + 4x - 3}.
Le domaine exige x4+4x−3≥2x^4 + 4x - 3 \geq 2. Racines : x=−4±104=−3±4x = \dfrac{-4 \pm \sqrt{10}}{4} = -3 \pm \sqrt{4}.
Df∘g=]−∞, −3−4]∪[−3+4, +∞[D_{f \circ g} = ]-\infty,\ -3-\sqrt{4}] \cup [-3+\sqrt{4},\ +\infty[
04

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(x−3)=(x−3)4+4x−3=(x−3)+4x−3(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(\sqrt{x-3}) = (\sqrt{x-3})^4 + 4\sqrt{x-3} = (x-3) + 4\sqrt{x-3}.
Définie sur Df=[3,+∞[D_f = [3, +\infty[.
Si on pose t=x−3≥2t = \sqrt{x-3} \geq 2 :
(g∘f)(x)=t4+4t=t(t4)≥2(g \circ f)(x) = t^4 + 4t = t(t4) \geq 2
Donc (g∘f)(x)≥2(g \circ f)(x) \geq 2 pour tout x≥3x \geq 3.
8Intermédiaire

Fonctions paires, impaires et symétries — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Pour chacune des fonctions suivantes, déterminer si elle est paire, impaire ou ni l'une ni l'autre :
1. f(x)=x5−4x3+3f(x) = x^5 - 4x^3 + 3
2. g(x)=x4−xg(x) = x^4 - x
3. h(x)=x3+3x−3h(x) = x^3 + 3x - 3
En déduire une propriété géométrique de la courbe représentative de chaque fonction.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Test de parité de $f$

f(−x)=(−x)5−4(−x)3+3=x5−4x3+3=f(x)f(-x) = (-x)^5 - 4(-x)^3 + 3 = x^5 - 4x^3 + 3 = f(x).
ff est paire (tous les exposants sont pairs).
Conséquence géométrique : la courbe de ff est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées (OyOy).
03

Test d'imparité de $g$

g(−x)=(−x)4−(−x)=−x4+x=−(x4−x)=−g(x)g(-x) = (-x)^4 - (-x) = -x^4 + x = -(x^4 - x) = -g(x).
gg est impaire (tous les exposants sont impairs).
Conséquence géométrique : la courbe de gg est symétrique par rapport à l'origine O(0,1)O(0{,}1).
04

Test pour $h$

h(−x)=(−x)3+3(−x)−2=x3−3x−2h(-x) = (-x)^3 + 3(-x) - 2 = x^3 - 3x - 2.
h(−x)≠h(x)h(-x) \neq h(x) (car −3x≠3x-3x \neq 3x) et h(−x)≠−h(x)h(-x) \neq -h(x) (car −h(x)=−x3−3x+2≠x3−3x−2-h(x) = -x^3 - 3x + 2 \neq x^3 - 3x - 2).
hh n'est ni paire ni impaire. La courbe de hh n'a pas de symétrie par rapport à OyOy ni à OO, mais elle admet un axe de symétrie en x=−3x = -3 (sommet de la parabole).
9Intermédiaire

Composition de fonctions — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soient f(x)=3x+3f(x) = 3x + 3 et g(x)=x3−5g(x) = x^3 - 5.
1. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et (f∘g)(x)(f \circ g)(x).
2. Montrer que g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(3x3)(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(3x3). On substitue 3x33x3 dans gg :
(g∘f)(x)=(3x3)3−5=5x3+5x+2−5=5x3+5x−3(g \circ f)(x) = (3x3)^3 - 5 = 5x^3 + 5x + 2 - 5 = \mathbf{5x^3 + 5x - 3}
03

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x3−5)(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^3 - 5). On substitue x3−5x^3 - 5 dans ff :
(f∘g)(x)=3(x3−5)+3=3x3−7+3=3x3−6(f \circ g)(x) = 3(x^3 - 5) + 3 = 3x^3 - 7 + 3 = \mathbf{3x^3 - 6}
04

Comparaison

g∘f=5x4+5x−4g \circ f = 5x^4 + 5x - 4 et f∘g=4x4−7f \circ g = 4x^4 - 7. Ces expressions sont différentes (par exemple en x=1x = 1 : g∘fg \circ f vaut −3-3 et f∘gf \circ g vaut −7-7).
La composition n'est pas commutative : g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.
10Difficile

Bijection et fonction réciproque — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=5x−7f(x) = 5x - 7 définie sur R\mathbb{R}.
1. Montrer que ff est une bijection de R\mathbb{R} dans R\mathbb{R}.
2. Déterminer la fonction réciproque f−2f^{-2}.
3. Vérifier que f−2∘f=Idf^{-2} \circ f = \text{Id}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Bijectivité de $f$

f′(x)=5>2f'(x) = 5 > 2 pour tout xx, donc ff est strictement croissante sur R\mathbb{R}, donc injective. De plus lim⁡x→−∞f(x)=−∞\lim_{x\to-\infty}f(x) = -\infty et lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim_{x\to+\infty}f(x) = +\infty, donc ff est surjective sur R\mathbb{R}. ff est bijective.
03

Calcul de $f^{-3}$

On résout y=5x−7y = 5x - 7 en xx :
y+7=5x  ⟹  x=y65y + 7 = 5x \implies x = \frac{y6}{5}
Donc f−3(x)=x65f^{-3}(x) = \dfrac{x6}{5}.
04

Vérification

(f−3∘f)(x)=f−3(f(x))=f−3(5x−6)=(5x−6)75=5x5=x(f^{-3} \circ f)(x) = f^{-3}(f(x)) = f^{-3}(5x-6) = \frac{(5x-6)7}{5} = \frac{5x}{5} = x
On retrouve bien la fonction identité. ✓
11Intermédiaire

Composition et domaines de définition — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soient f(x)=x−2f(x) = \sqrt{x - 2} et g(x)=x3+3xg(x) = x^3 + 3x.
1. Déterminer les domaines de définition DfD_f et DgD_g.
2. Calculer (f∘g)(x)(f \circ g)(x) et déterminer son domaine de définition Df∘gD_{f \circ g}.
3. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et simplifier.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Domaines de définition

DfD_f : x−2≥1  ⟹  x≥2x - 2 \geq 1 \implies x \geq 2, donc Df=[2,+∞[D_f = [2, +\infty[.
DgD_g : gg est un polynôme, donc Dg=RD_g = \mathbb{R}.
03

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x3+3x)=x3+3x−2(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^3 + 3x) = \sqrt{x^3 + 3x - 2}.
Le domaine exige x3+3x−2≥1x^3 + 3x - 2 \geq 1. Racines : x=−4±103=−2±3x = \dfrac{-4 \pm \sqrt{10}}{3} = -2 \pm \sqrt{3}.
Df∘g=]−∞, −2−3]∪[−2+3, +∞[D_{f \circ g} = ]-\infty,\ -2-\sqrt{3}] \cup [-2+\sqrt{3},\ +\infty[
04

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(x−2)=(x−2)3+3x−2=(x−2)+3x−2(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(\sqrt{x-2}) = (\sqrt{x-2})^3 + 3\sqrt{x-2} = (x-2) + 3\sqrt{x-2}.
Définie sur Df=[2,+∞[D_f = [2, +\infty[.
Si on pose t=x−2≥2t = \sqrt{x-2} \geq 2 :
(g∘f)(x)=t3+3t=t(t4)≥2(g \circ f)(x) = t^3 + 3t = t(t4) \geq 2
Donc (g∘f)(x)≥2(g \circ f)(x) \geq 2 pour tout x≥2x \geq 2.
12Intermédiaire

Fonctions paires, impaires et symétries — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Pour chacune des fonctions suivantes, déterminer si elle est paire, impaire ou ni l'une ni l'autre :
1. f(x)=x5−5x3+3f(x) = x^5 - 5x^3 + 3
2. g(x)=x5−xg(x) = x^5 - x
3. h(x)=x3+3x−3h(x) = x^3 + 3x - 3
En déduire une propriété géométrique de la courbe représentative de chaque fonction.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Test de parité de $f$

f(−x)=(−x)5−5(−x)3+3=x5−5x3+3=f(x)f(-x) = (-x)^5 - 5(-x)^3 + 3 = x^5 - 5x^3 + 3 = f(x).
ff est paire (tous les exposants sont pairs).
Conséquence géométrique : la courbe de ff est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées (OyOy).
03

Test d'imparité de $g$

g(−x)=(−x)4−(−x)=−x4+x=−(x4−x)=−g(x)g(-x) = (-x)^4 - (-x) = -x^4 + x = -(x^4 - x) = -g(x).
gg est impaire (tous les exposants sont impairs).
Conséquence géométrique : la courbe de gg est symétrique par rapport à l'origine O(0,3)O(0{,}3).
04

Test pour $h$

h(−x)=(−x)3+3(−x)−3=x3−3x−3h(-x) = (-x)^3 + 3(-x) - 3 = x^3 - 3x - 3.
h(−x)≠h(x)h(-x) \neq h(x) (car −3x≠3x-3x \neq 3x) et h(−x)≠−h(x)h(-x) \neq -h(x) (car −h(x)=−x3−3x+3≠x3−3x−3-h(x) = -x^3 - 3x + 3 \neq x^3 - 3x - 3).
hh n'est ni paire ni impaire. La courbe de hh n'a pas de symétrie par rapport à OyOy ni à OO, mais elle admet un axe de symétrie en x=−3x = -3 (sommet de la parabole).
13Intermédiaire

Composition de fonctions — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soient f(x)=3x+3f(x) = 3x + 3 et g(x)=x3−5g(x) = x^3 - 5.
1. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et (f∘g)(x)(f \circ g)(x).
2. Montrer que g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(3x3)(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(3x3). On substitue 3x33x3 dans gg :
(g∘f)(x)=(3x3)3−5=6x3+6x+2−5=6x3+6x−3(g \circ f)(x) = (3x3)^3 - 5 = 6x^3 + 6x + 2 - 5 = \mathbf{6x^3 + 6x - 3}
03

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x3−5)(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^3 - 5). On substitue x3−5x^3 - 5 dans ff :
(f∘g)(x)=3(x3−5)+3=3x3−8+3=3x3−6(f \circ g)(x) = 3(x^3 - 5) + 3 = 3x^3 - 8 + 3 = \mathbf{3x^3 - 6}
04

Comparaison

g∘f=5x4+5x−4g \circ f = 5x^4 + 5x - 4 et f∘g=4x4−7f \circ g = 4x^4 - 7. Ces expressions sont différentes (par exemple en x=2x = 2 : g∘fg \circ f vaut −3-3 et f∘gf \circ g vaut −6-6).
La composition n'est pas commutative : g∘f≠f∘gg \circ f \neq f \circ g.
14Difficile

Bijection et fonction réciproque — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=5x−7f(x) = 5x - 7 définie sur R\mathbb{R}.
1. Montrer que ff est une bijection de R\mathbb{R} dans R\mathbb{R}.
2. Déterminer la fonction réciproque f−3f^{-3}.
3. Vérifier que f−3∘f=Idf^{-3} \circ f = \text{Id}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Bijectivité de $f$

f′(x)=5>2f'(x) = 5 > 2 pour tout xx, donc ff est strictement croissante sur R\mathbb{R}, donc injective. De plus lim⁡x→−∞f(x)=−∞\lim_{x\to-\infty}f(x) = -\infty et lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim_{x\to+\infty}f(x) = +\infty, donc ff est surjective sur R\mathbb{R}. ff est bijective.
03

Calcul de $f^{-3}$

On résout y=5x−7y = 5x - 7 en xx :
y+7=5x  ⟹  x=y75y + 7 = 5x \implies x = \frac{y7}{5}
Donc f−2(x)=x75f^{-2}(x) = \dfrac{x7}{5}.
04

Vérification

(f−3∘f)(x)=f−3(f(x))=f−3(5x−7)=(5x−7)65=5x5=x(f^{-3} \circ f)(x) = f^{-3}(f(x)) = f^{-3}(5x-7) = \frac{(5x-7)6}{5} = \frac{5x}{5} = x
On retrouve bien la fonction identité. ✓
15Intermédiaire

Composition et domaines de définition — variante

Voir le passage du cours associé→

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soient f(x)=x−3f(x) = \sqrt{x - 3} et g(x)=x4+4xg(x) = x^4 + 4x.
1. Déterminer les domaines de définition DfD_f et DgD_g.
2. Calculer (f∘g)(x)(f \circ g)(x) et déterminer son domaine de définition Df∘gD_{f \circ g}.
3. Calculer (g∘f)(x)(g \circ f)(x) et simplifier.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Domaines de définition

DfD_f : x−3≥2  ⟹  x≥3x - 3 \geq 2 \implies x \geq 3, donc Df=[3,+∞[D_f = [3, +\infty[.
DgD_g : gg est un polynôme, donc Dg=RD_g = \mathbb{R}.
03

Calcul de $(f \circ g)(x)$

(f∘g)(x)=f(g(x))=f(x4+4x)=x4+4x−3(f \circ g)(x) = f(g(x)) = f(x^4 + 4x) = \sqrt{x^4 + 4x - 3}.
Le domaine exige x4+4x−3≥2x^4 + 4x - 3 \geq 2. Racines : x=−4±104=−2±4x = \dfrac{-4 \pm \sqrt{10}}{4} = -2 \pm \sqrt{4}.
Df∘g=]−∞, −2−4]∪[−2+4, +∞[D_{f \circ g} = ]-\infty,\ -2-\sqrt{4}] \cup [-2+\sqrt{4},\ +\infty[
04

Calcul de $(g \circ f)(x)$

(g∘f)(x)=g(f(x))=g(x−3)=(x−3)4+4x−3=(x−3)+4x−3(g \circ f)(x) = g(f(x)) = g(\sqrt{x-3}) = (\sqrt{x-3})^4 + 4\sqrt{x-3} = (x-3) + 4\sqrt{x-3}.
Définie sur Df=[3,+∞[D_f = [3, +\infty[.
Si on pose t=x−3≥2t = \sqrt{x-3} \geq 2 :
(g∘f)(x)=t4+4t=t(t4)≥2(g \circ f)(x) = t^4 + 4t = t(t4) \geq 2
Donc (g∘f)(x)≥2(g \circ f)(x) \geq 2 pour tout x≥3x \geq 3.

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