Images, antécédents & domaine

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Facile15 exercices
Exercice 1

Soit f(x)=3x−5f(x)=3x-5.

  1. a)

    Calculer les images f(2)f(2), f(−1)f(-1) et f(0)f(0).

    f(x)=3x−5f(x)=3x-5.

    f(2)=3×2−5=1f(2)=3\times 2-5=\boxed{1} ; f(−1)=3×(−1)−5=−8f(-1)=3\times(-1)-5=\boxed{-8} ; f(0)=3×0−5=−5f(0)=3\times 0-5=\boxed{-5}.

  2. b)

    Déterminer l'antécédent de 44 par ff.

    On résout f(x)=4f(x)=4 : 3x−5=4⇔3x=9⇔x=33x-5=4\Leftrightarrow 3x=9\Leftrightarrow x=3. L'antécédent de 44 est 3\boxed{3}.

Exercice 2

Soit g(x)=x2−2xg(x)=x^2-2x.

  1. a)

    Calculer g(3)g(3) et g(−2)g(-2).

    g(x)=x2−2xg(x)=x^2-2x.

    g(3)=32−2×3=9−6=3g(3)=3^2-2\times 3=9-6=\boxed{3} ; g(−2)=(−2)2−2×(−2)=4+4=8g(-2)=(-2)^2-2\times(-2)=4+4=\boxed{8}.

  2. b)

    Déterminer tous les antécédents de 00 par gg.

    On résout g(x)=0g(x)=0 : x2−2x=0⇔x(x−2)=0⇔x=0 ou x=2x^2-2x=0\Leftrightarrow x(x-2)=0\Leftrightarrow x=0 \text{ ou } x=2. Les antécédents de 00 sont 0 et 2\boxed{0 \text{ et } 2} (un même nombre peut avoir plusieurs antécédents).

Exercice 3

Déterminer le domaine de définition de f(x)=1x−3f(x)=\dfrac{1}{x-3}.

Zone à risque : le dénominateur x−3x-3. Condition d'existence : x−3≠0⇔x≠3x-3\neq 0\Leftrightarrow x\neq 3.

Df=R∖{3}\boxed{D_f=\mathbb{R}\setminus\{3\}}
Exercice 4

Déterminer le domaine de définition de g(x)=x−2g(x)=\sqrt{x-2}.

Zone à risque : la racine carrée. Condition : x−2≥0⇔x≥2x-2\geq 0\Leftrightarrow x\geq 2. On garde le crochet fermé en 22 car 0=0\sqrt{0}=0 existe.

Df=[2,+∞[\boxed{D_f=[2,+\infty[}
Exercice 5

Déterminer le domaine de définition de h(x)=ln⁡(x+1)h(x)=\ln(x+1).

Zone à risque : le logarithme. Condition : x+1>0⇔x>−1x+1>0\Leftrightarrow x>-1 (strict : ln⁡0\ln 0 n'existe pas).

Df= ]−1,+∞[\boxed{D_f=\,]-1,+\infty[}
Exercice 6

Soit f(x)=−2x+7f(x)=-2x+7.

  1. a)

    Calculer les images f(0)f(0), f(5)f(5) et f ⁣(12)f\!\left(\tfrac12\right).

    f(x)=−2x+7f(x)=-2x+7.

    f(0)=7f(0)=\boxed{7} ; f(5)=−2×5+7=−3f(5)=-2\times 5+7=\boxed{-3} ; f ⁣(12)=−2×12+7=6f\!\left(\tfrac12\right)=-2\times\tfrac12+7=\boxed{6}.

  2. b)

    Déterminer l'antécédent de 11 par ff.

    On résout f(x)=1f(x)=1 : −2x+7=1⇔−2x=−6⇔x=3-2x+7=1\Leftrightarrow -2x=-6\Leftrightarrow x=3. L'antécédent de 11 est 3\boxed{3}.

Exercice 7

Soit h(x)=1xh(x)=\dfrac{1}{x} (fonction inverse).

  1. a)

    Calculer h(2)h(2), h(−4)h(-4) et h ⁣(13)h\!\left(\tfrac13\right).

    h(x)=1xh(x)=\dfrac{1}{x}.

    h(2)=12h(2)=\boxed{\tfrac12} ; h(−4)=−14h(-4)=\boxed{-\tfrac14} ; h ⁣(13)=113=3h\!\left(\tfrac13\right)=\dfrac{1}{\tfrac13}=\boxed{3}.

  2. b)

    Déterminer l'antécédent de 55 par hh.

    On résout 1x=5⇔x=15\dfrac{1}{x}=5\Leftrightarrow x=\dfrac15. L'antécédent de 55 est 15\boxed{\tfrac15}.

Exercice 8

Soit g(x)=x2+1g(x)=x^2+1.

  1. a)

    Calculer g(2)g(2) et g(−2)g(-2). Que remarque-t-on ?

    g(x)=x2+1g(x)=x^2+1.

    g(2)=22+1=5g(2)=2^2+1=\boxed{5} et g(−2)=(−2)2+1=5g(-2)=(-2)^2+1=\boxed{5}. Les deux images sont égales : 22 et −2-2 ont la même image (la fonction est paire).

  2. b)

    Combien d'antécédents le nombre −2-2 admet-il par gg ? Justifier.

    On résout g(x)=−2g(x)=-2 : x2+1=−2⇔x2=−3x^2+1=-2\Leftrightarrow x^2=-3. Un carré n'est jamais négatif, donc l'équation n'a aucune solution : −2-2 admet 0 anteˊceˊdent\boxed{0 \text{ antécédent}} par gg.

Exercice 9

Déterminer le domaine de définition de f(x)=32x−1f(x)=\dfrac{3}{2x-1}.

Zone à risque : le dénominateur 2x−12x-1. Condition : 2x−1≠0⇔x≠122x-1\neq 0\Leftrightarrow x\neq\tfrac12.

Df=R∖{12}\boxed{D_f=\mathbb{R}\setminus\left\{\tfrac12\right\}}
Exercice 10

Déterminer le domaine de définition de f(x)=5−xf(x)=\sqrt{5-x}.

Zone à risque : la racine carrée. Condition : 5−x≥0⇔x≤55-x\geq 0\Leftrightarrow x\leq 5 (attention au sens de l'inégalité).

Df= ]−∞, 5]\boxed{D_f=\,]-\infty,\,5]}
Exercice 11

Déterminer le domaine de définition de f(x)=ln⁡(2x−4)f(x)=\ln(2x-4).

Zone à risque : le logarithme. Condition : 2x−4>0⇔x>22x-4>0\Leftrightarrow x>2 (strict).

Df= ]2,+∞[\boxed{D_f=\,]2,+\infty[}
Exercice 12

Déterminer le domaine de définition de chacune de ces fonctions.

  1. a)

    f(x)=x2−3x+2f(x)=x^2-3x+2.

    f(x)=x2−3x+2f(x)=x^2-3x+2 est un polynôme : aucune zone à risque, donc Df=R\boxed{D_f=\mathbb{R}}.

  2. b)

    g(x)=x−1x2+1g(x)=\dfrac{x-1}{x^2+1}.

    g(x)=x−1x2+1g(x)=\dfrac{x-1}{x^2+1} : le dénominateur x2+1x^2+1 vaut au moins 11, il ne s'annule jamais. Donc Dg=R\boxed{D_g=\mathbb{R}}.

Exercice 13

Soit f(x)=x+1f(x)=\sqrt{x}+1.

  1. a)

    Calculer f(0)f(0), f(4)f(4) et f(9)f(9).

    f(x)=x+1f(x)=\sqrt{x}+1.

    f(0)=0+1=1f(0)=\sqrt{0}+1=\boxed{1} ; f(4)=4+1=3f(4)=\sqrt{4}+1=\boxed{3} ; f(9)=9+1=4f(9)=\sqrt{9}+1=\boxed{4}.

  2. b)

    Déterminer l'antécédent de 33 par ff.

    On résout f(x)=3f(x)=3 : x+1=3⇔x=2⇔x=4\sqrt{x}+1=3\Leftrightarrow \sqrt{x}=2\Leftrightarrow x=4. L'antécédent de 33 est 4\boxed{4}.

Exercice 14

La courbe ci-dessous représente une fonction ff dans un repère orthonormé.

  1. a)

    Lire l'ordonnée à l'origine f(0)f(0).

    Lecture graphique (la courbe est la droite passant par (0,1)(0,1) et (2,2)(2,2)).

    La courbe coupe l'axe des ordonnées à la hauteur 11 : f(0)=1f(0)=\boxed{1}.

  2. b)

    Lire l'image f(2)f(2).

    Au-dessus de x=2x=2, la courbe est à la hauteur 22 : f(2)=2f(2)=\boxed{2}.

  3. c)

    Déterminer graphiquement l'antécédent de 33 par ff.

    On part de la hauteur 33 et on rejoint la courbe : elle est atteinte en x=4x=4. L'antécédent de 33 est 4\boxed{4}.

Exercice 15

Pour chacune des fonctions suivantes, indiquer la (les) valeur(s) interdite(s) puis donner le domaine de définition.

  1. a)

    f(x)=1x+6f(x)=\dfrac{1}{x+6}.

    Dénominateur ≠0\neq 0 : x+6≠0⇔x≠−6x+6\neq 0\Leftrightarrow x\neq -6. Valeur interdite : −6-6. Df=R∖{−6}\boxed{D_f=\mathbb{R}\setminus\{-6\}}.

  2. b)

    g(x)=x−4g(x)=\sqrt{x-4}.

    Racine carrée : x−4≥0⇔x≥4x-4\geq 0\Leftrightarrow x\geq 4. Dg=[4,+∞[\boxed{D_g=[4,+\infty[}.

  3. c)

    h(x)=ln⁡(5−x)h(x)=\ln(5-x).

    Logarithme : 5−x>0⇔x<55-x>0\Leftrightarrow x<5. Dh= ]−∞, 5[\boxed{D_h=\,]-\infty,\,5[}.

Moyen15 exercices
Exercice 1

Déterminer le domaine de définition de f(x)=2x−6f(x)=\sqrt{2x-6}.

Racine carrée : 2x−6≥0⇔2x≥6⇔x≥32x-6\geq 0\Leftrightarrow 2x\geq 6\Leftrightarrow x\geq 3.

Df=[3,+∞[\boxed{D_f=[3,+\infty[}
Exercice 2

Déterminer le domaine de définition de f(x)=x+1x2−4f(x)=\dfrac{x+1}{x^2-4}.

Dénominateur : x2−4≠0⇔(x−2)(x+2)≠0⇔x≠2 et x≠−2x^2-4\neq 0\Leftrightarrow (x-2)(x+2)\neq 0\Leftrightarrow x\neq 2 \text{ et } x\neq -2. Le numérateur ne pose aucune condition.

Df=R∖{−2, 2}\boxed{D_f=\mathbb{R}\setminus\{-2,\,2\}}
Exercice 3

Déterminer le domaine de définition de f(x)=ln⁡(3−x)f(x)=\ln(3-x).

Logarithme : l'argument doit être strictement positif, 3−x>0⇔x<33-x>0\Leftrightarrow x<3.

Df= ]−∞, 3[\boxed{D_f=\,]-\infty,\,3[}
Exercice 4

Déterminer le domaine de définition de f(x)=1x−1f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{x-1}}. Indication : ici deux interdits se cumulent.

Deux interdits se cumulent :

  • sous la racine : x−1≥0x-1\geq 0 ;
  • au dénominateur : x−1≠0⇒x−1≠0\sqrt{x-1}\neq 0\Rightarrow x-1\neq 0.

L'intersection donne x−1>0⇔x>1x-1>0\Leftrightarrow x>1 (le crochet en 11 devient ouvert).

Df= ]1,+∞[\boxed{D_f=\,]1,+\infty[}
Exercice 5

Déterminer le domaine de définition de f(x)=x−1x+2f(x)=\sqrt{\dfrac{x-1}{x+2}}. Indication : on dresse le tableau de signes du quotient.

Il faut x−1x+2≥0\dfrac{x-1}{x+2}\geq 0 et x+2≠0x+2\neq 0. Numérateur nul en x=1x=1, dénominateur nul en x=−2x=-2.

xx−∞-\infty−2-211 +∞+\infty
x−1x-1−- ∣ \;|\; −-0 +0\ \ +
x+2x+2−- 0 \;0\; +++ ++\ \ +
x−1x+2\dfrac{x-1}{x+2}++ ∄ \;\nexists\; −-0 +0\ \ +

Le quotient est ≥0\geq 0 sur ]−∞,−2[\,]-\infty,-2[ (signe ++) et sur [1,+∞[[1,+\infty[ (signe ++, en incluant 11 où il vaut 00). On exclut x=−2x=-2 (dénominateur nul).

Df= ]−∞, −2[ ∪ [1,+∞[\boxed{D_f=\,]-\infty,\,-2[\ \cup\ [1,+\infty[}
Exercice 6

Déterminer le domaine de définition de f(x)=x2−9f(x)=\sqrt{x^2-9}. Indication : factoriser x2−9x^2-9.

Racine carrée : x2−9≥0x^2-9\geq 0. Or x2−9=(x−3)(x+3)x^2-9=(x-3)(x+3), produit d'un trinôme de coefficient dominant >0>0, donc ≥0\geq 0 à l'extérieur des racines −3-3 et 33 (bornes incluses).

Df= ]−∞, −3] ∪ [3,+∞[\boxed{D_f=\,]-\infty,\,-3]\ \cup\ [3,+\infty[}
Exercice 7

Déterminer le domaine de définition de f(x)=ln⁡(x2−4)f(x)=\ln(x^2-4). Comparer avec l'exercice précédent : ici l'inégalité est stricte.

Logarithme : x2−4>0x^2-4>0 (strict). Comme x2−4=(x−2)(x+2)x^2-4=(x-2)(x+2), ce produit est >0>0 à l'extérieur des racines −2-2 et 22, bornes exclues.

Df= ]−∞, −2[ ∪ ]2,+∞[\boxed{D_f=\,]-\infty,\,-2[\ \cup\ ]2,+\infty[}

Contrairement à l'exercice 6, les bornes sont ici exclues (le log exige une inégalité stricte).

Exercice 8

Déterminer le domaine de définition de f(x)=x+1x−3f(x)=\dfrac{\sqrt{x+1}}{x-3}. Indication : une condition pour la racine du numérateur, une pour le dénominateur.

Deux zones à risque :

  • racine au numérateur : x+1≥0⇔x≥−1x+1\geq 0\Leftrightarrow x\geq -1 ;
  • dénominateur : x−3≠0⇔x≠3x-3\neq 0\Leftrightarrow x\neq 3.

On garde le crochet fermé en −1-1 (la racine y vaut 00, ce qui est permis au numérateur) et on retire le point 33.

Df=[−1, 3[ ∪ ]3,+∞[\boxed{D_f=[-1,\,3[\ \cup\ ]3,+\infty[}
Exercice 9

Déterminer le domaine de définition de f(x)=x+1x−2f(x)=\sqrt{x}+\dfrac{1}{x-2}. Indication : le domaine d'une somme est l'intersection des domaines.

Deux zones à risque :

  • racine : x≥0x\geq 0 ;
  • dénominateur : x−2≠0⇔x≠2x-2\neq 0\Leftrightarrow x\neq 2.

Le domaine est l'intersection [0,+∞[ [0,+\infty[\, privé de 22 :

Df=[0, 2[ ∪ ]2,+∞[\boxed{D_f=[0,\,2[\ \cup\ ]2,+\infty[}
Exercice 10

Déterminer le domaine de définition de f(x)=ln⁡ ⁣(x−1x+3)f(x)=\ln\!\left(\dfrac{x-1}{x+3}\right). Indication : dresser le tableau de signes du quotient.

Logarithme : il faut x−1x+3>0\dfrac{x-1}{x+3}>0 (strict), avec x+3≠0x+3\neq 0. Numérateur nul en x=1x=1, dénominateur nul en x=−3x=-3.

xx−∞-\infty−3-311 +∞+\infty
x−1x-1−- ∣ \;|\; −-0 +0\ \ +
x+3x+3−- 0 \;0\; +++ ++\ \ +
x−1x+3\dfrac{x-1}{x+3}++ ∄ \;\nexists\; −-0 +0\ \ +

Le quotient est strictement positif sur ]−∞,−3[\,]-\infty,-3[ et sur ]1,+∞[\,]1,+\infty[ (on exclut x=1x=1 où il vaut 00, et x=−3x=-3 où le dénominateur s'annule).

Df= ]−∞, −3[ ∪ ]1,+∞[\boxed{D_f=\,]-\infty,\,-3[\ \cup\ ]1,+\infty[}
Exercice 11

Soit f(x)=x2−4x+3f(x)=x^2-4x+3.

  1. a)

    Déterminer les antécédents de 00 par ff.

    f(x)=x2−4x+3f(x)=x^2-4x+3.

    Antécédents de 00 : on résout x2−4x+3=0x^2-4x+3=0. Δ=(−4)2−4(1)(3)=16−12=4\Delta=(-4)^2-4(1)(3)=16-12=4, d'où x=4±22x=\dfrac{4\pm 2}{2}, soit x=1x=1 et x=3x=3. Les antécédents de 00 sont 1 et 3\boxed{1 \text{ et } 3}.

  2. b)

    Déterminer le(s) antécédent(s) de −1-1 par ff, et préciser leur nombre.

    Antécédents de −1-1 : on résout x2−4x+3=−1⇔x2−4x+4=0⇔(x−2)2=0x^2-4x+3=-1\Leftrightarrow x^2-4x+4=0\Leftrightarrow (x-2)^2=0, d'où x=2x=2. Le nombre −1-1 admet un seul anteˊceˊdent\boxed{\text{un seul antécédent}}, x=2x=2 (racine double).

Exercice 12

Soit f(x)=x−1x+2f(x)=\dfrac{x-1}{x+2}.

  1. a)

    Donner le domaine de définition de ff.

    f(x)=x−1x+2f(x)=\dfrac{x-1}{x+2}.

    Dénominateur : x+2≠0⇔x≠−2x+2\neq 0\Leftrightarrow x\neq -2, donc Df=R∖{−2}\boxed{D_f=\mathbb{R}\setminus\{-2\}}.

  2. b)

    Calculer f(0)f(0) et f(3)f(3).

    f(0)=0−10+2=−12f(0)=\dfrac{0-1}{0+2}=\boxed{-\tfrac12} ; f(3)=3−13+2=25f(3)=\dfrac{3-1}{3+2}=\boxed{\tfrac25}.

  3. c)

    Déterminer l'antécédent de 22 par ff.

    On résout x−1x+2=2\dfrac{x-1}{x+2}=2 (avec x≠−2x\neq -2) : x−1=2(x+2)=2x+4⇔−5=xx-1=2(x+2)=2x+4\Leftrightarrow -5=x. L'antécédent de 22 est −5\boxed{-5}.

Exercice 13

Déterminer le domaine de définition de f(x)=4−x2f(x)=\sqrt{4-x^2}. Indication : la parabole 4−x24-x^2 est tournée vers le bas.

Racine carrée : 4−x2≥0⇔x2≤4⇔−2≤x≤24-x^2\geq 0\Leftrightarrow x^2\leq 4\Leftrightarrow -2\leq x\leq 2. La parabole 4−x24-x^2 (tournée vers le bas) est ≥0\geq 0 entre ses racines −2-2 et 22, bornes incluses.

Df=[−2, 2]\boxed{D_f=[-2,\,2]}
Exercice 14

La courbe ci-dessous est celle d'une fonction ff (une parabole).

  1. a)

    Déterminer graphiquement les antécédents de 00 par ff.

    Lecture graphique (la parabole a pour sommet (0,−4)(0,-4) et coupe l'axe des abscisses en −2-2 et 22).

    La courbe coupe l'axe des abscisses (hauteur 00) en deux points : les antécédents de 00 sont −2 et 2\boxed{-2 \text{ et } 2}.

  2. b)

    Combien le nombre −4-4 admet-il d'antécédents ? Et le nombre −5-5 ?

    La hauteur −4-4 n'est atteinte qu'au sommet : −4-4 admet 1\boxed{1} antécédent (x=0x=0). La hauteur −5-5 est sous le sommet : la courbe ne l'atteint jamais, donc −5-5 admet 0\boxed{0} antécédent.

  3. c)

    Résoudre graphiquement l'inéquation f(x)≥0f(x)\geq 0.

    La courbe est au-dessus (ou sur) l'axe des abscisses pour x≤−2x\leq -2 et pour x≥2x\geq 2 :

    f(x)≥0  ⟺  x∈ ]−∞,−2]∪[2,+∞[.\boxed{f(x)\geq 0 \iff x\in\,]-\infty,-2]\cup[2,+\infty[}.
Exercice 15

Déterminer le domaine de définition de f(x)=ln⁡xx−1f(x)=\dfrac{\ln x}{x-1}. Indication : deux interdits se cumulent.

Deux zones à risque :

  • logarithme : x>0x>0 ;
  • dénominateur : x−1≠0⇔x≠1x-1\neq 0\Leftrightarrow x\neq 1.

L'intersection de x>0x>0 et x≠1x\neq 1 donne

Df= ]0, 1[ ∪ ]1,+∞[\boxed{D_f=\,]0,\,1[\ \cup\ ]1,+\infty[}
Difficile15 exercices
Exercice 1

On considère le trinôme x2−x−6x^2-x-6.

  1. a)

    Factoriser x2−x−6x^2-x-6, puis déterminer le domaine de définition de f(x)=x2−x−6f(x)=\sqrt{x^2-x-6}.

    Racines de x2−x−6x^2-x-6 : Δ=(−1)2−4(1)(−6)=1+24=25\Delta=(-1)^2-4(1)(-6)=1+24=25, d'où x=1±52x=\dfrac{1\pm 5}{2}, soit x=3x=3 et x=−2x=-2. Donc x2−x−6=(x−3)(x+2)x^2-x-6=(x-3)(x+2).

    Racine carrée : il faut (x−3)(x+2)≥0(x-3)(x+2)\geq 0. Un produit de ce trinôme (avec a=1>0a=1>0) est ≥0\geq 0 à l'extérieur des racines, bornes incluses :

    Df= ]−∞,−2] ∪ [3,+∞[.\boxed{D_f=\,]-\infty,-2]\ \cup\ [3,+\infty[}.
  2. b)

    Déterminer le domaine de définition de g(x)=ln⁡(x2−x−6)g(x)=\ln(x^2-x-6). Comparer avec le domaine de ff.

    Logarithme : il faut (x−3)(x+2)>0(x-3)(x+2)>0 (strict), donc à l'extérieur des racines, bornes exclues :

    Dg= ]−∞,−2[ ∪ ]3,+∞[.\boxed{D_g=\,]-\infty,-2[\ \cup\ ]3,+\infty[}.

    Différence : le log exclut −2-2 et 33 (où le trinôme vaut 00), alors que la racine les inclut.

Exercice 2
  1. a)

    Déterminer le domaine de définition de f(x)=2x+13f(x)=\sqrt[3]{2x+1} (racine cubique).

    La racine cubique (indice impair) existe pour tout réel : par exemple −83=−2\sqrt[3]{-8}=-2. Aucune condition.

    Df=R.\boxed{D_f=\mathbb{R}}.
  2. b)

    Déterminer le domaine de définition de g(x)=2x+1g(x)=\sqrt{2x+1} (racine carrée).

    La racine carrée impose 2x+1≥0⇔x≥−122x+1\geq 0\Leftrightarrow x\geq -\tfrac12.

    Dg=[−12,+∞[.\boxed{D_g=\Big[-\tfrac12,+\infty\Big[}.
  3. c)

    Expliquer la différence.

    Seules les racines d'indice pair ( , 4,…\sqrt{\ },\sqrt[4]{\ },\dots) exigent un argument ≥0\geq 0. Les racines d'indice impair sont définies sur R\mathbb{R}.

    Piège

    Écrire Df=[−12,+∞[D_f=\big[-\tfrac12,+\infty\big[ pour 2x+13\sqrt[3]{2x+1} est l'erreur classique : on confond racine cubique et racine carrée.

Exercice 3

La fonction arcsin⁡\arcsin n'est définie que sur [−1,1][-1,1]. Déterminer le domaine de définition de f(x)=arcsin⁡(2x−1)f(x)=\arcsin(2x-1).

Condition d'existence de arcsin⁡(2x−1)\arcsin(2x-1) : −1≤2x−1≤1-1\leq 2x-1\leq 1.

−1≤2x−1⇒0≤2x⇒x≥0,2x−1≤1⇒2x≤2⇒x≤1.-1\leq 2x-1 \Rightarrow 0\leq 2x \Rightarrow x\geq 0, \qquad 2x-1\leq 1\Rightarrow 2x\leq 2\Rightarrow x\leq 1.

L'intersection donne

Df=[0, 1].\boxed{D_f=[0,\,1]}.
Exercice 4

Soit f(x)=xx+1f(x)=\dfrac{x}{x+1}, définie pour x≠−1x\neq -1.

  1. a)

    Montrer que f(f(x))=x2x+1f\big(f(x)\big)=\dfrac{x}{2x+1}.

    f(f(x))=f(x)f(x)+1=xx+1xx+1+1f\big(f(x)\big)=\dfrac{f(x)}{f(x)+1}=\dfrac{\frac{x}{x+1}}{\frac{x}{x+1}+1}. Au dénominateur : xx+1+1=x+(x+1)x+1=2x+1x+1\dfrac{x}{x+1}+1=\dfrac{x+(x+1)}{x+1}=\dfrac{2x+1}{x+1}. Donc

    f(f(x))=xx+12x+1x+1=xx+1×x+12x+1=x2x+1.f\big(f(x)\big)=\frac{\frac{x}{x+1}}{\frac{2x+1}{x+1}}=\frac{x}{x+1}\times\frac{x+1}{2x+1}=\boxed{\dfrac{x}{2x+1}}.
  2. b)

    En déduire le domaine de définition de la composée f∘ff\circ f.

    Pour que f∘ff\circ f existe, il faut d'abord que f(x)f(x) existe (x≠−1x\neq -1), puis que ff s'applique à f(x)f(x), c'est-à-dire f(x)≠−1f(x)\neq -1. Or xx+1=−1⇔x=−(x+1)⇔2x=−1⇔x=−12\dfrac{x}{x+1}=-1\Leftrightarrow x=-(x+1)\Leftrightarrow 2x=-1\Leftrightarrow x=-\tfrac12. On retrouve d'ailleurs le dénominateur 2x+12x+1 qui s'annule en x=−12x=-\tfrac12. D'où

    Df∘f=R∖{−1, −12}.\boxed{D_{f\circ f}=\mathbb{R}\setminus\Big\{-1,\,-\tfrac12\Big\}}.
Exercice 5

Mise en situation. Une grandeur est modélisée par f(x)=ln⁡x4−x2f(x)=\dfrac{\ln x}{\sqrt{4-x^2}}. Déterminer l'ensemble des valeurs de xx pour lesquelles cette expression a un sens (son domaine de définition).

Deux conditions à réunir :

  • logarithme : x>0x>0 ;
  • racine carrée au dénominateur : 4−x2>04-x^2>0 (strict) ⇔−2<x<2\Leftrightarrow -2<x<2.

L'intersection de x>0x>0 et −2<x<2-2<x<2 donne

Df= ]0, 2[.\boxed{D_f=\,]0,\,2[}.

Autrement dit, l'expression n'a de sens que pour xx strictement compris entre 00 et 22.

Exercice 6

On pose f(x)=x+4+2−xf(x)=\sqrt{x+4}+\sqrt{2-x} et g(x)=x+4−2−xg(x)=\sqrt{x+4}-\sqrt{2-x}.

  1. a)

    Écrire les conditions d'existence de ff, puis déterminer DfD_f.

    ff contient deux racines carrées : il faut x+4≥0x+4\geq 0 et 2−x≥02-x\geq 0, soit x≥−4x\geq -4 et x≤2x\leq 2. L'intersection donne

    Df=[−4, 2].\boxed{D_f=[-4,\,2]}.
  2. b)

    Déterminer le domaine de définition de gg. Comparer avec celui de ff et expliquer.

    gg fait intervenir exactement les mêmes racines carrées : les conditions d'existence sont identiques (x+4≥0x+4\geq 0 et 2−x≥02-x\geq 0). Le signe −- entre les deux racines ne change rien aux conditions d'existence, donc

    Dg=[−4, 2]=Df.\boxed{D_g=[-4,\,2]=D_f}.
Exercice 7
  1. a)

    Déterminer le domaine de définition de f(x)=x−3f(x)=\sqrt{\sqrt{x}-3} (radical emboîté).

    Radical emboîté : il faut d'abord que x\sqrt{x} existe (x≥0x\geq 0), puis que la quantité sous la racine extérieure soit ≥0\geq 0 : x−3≥0⇔x≥3⇔x≥9\sqrt{x}-3\geq 0\Leftrightarrow \sqrt{x}\geq 3\Leftrightarrow x\geq 9. La condition x≥9x\geq 9 contient x≥0x\geq 0, donc

    Df=[9,+∞[.\boxed{D_f=[9,+\infty[}.
  2. b)

    Déterminer le domaine de définition de g(x)=6−xg(x)=\sqrt{6-\sqrt{x}}.

    Même principe : x≥0x\geq 0 et 6−x≥0⇔x≤6⇔x≤366-\sqrt{x}\geq 0\Leftrightarrow \sqrt{x}\leq 6\Leftrightarrow x\leq 36. L'intersection de x≥0x\geq 0 et x≤36x\leq 36 donne

    Dg=[0, 36].\boxed{D_g=[0,\,36]}.
Exercice 8

Déterminer le domaine de définition de f(x)=ln⁡ ⁣(2x−1x−3)f(x)=\ln\!\left(\dfrac{2x-1}{x-3}\right). Indication : étudier le signe du quotient à l'aide d'un tableau.

Logarithme : il faut 2x−1x−3>0\dfrac{2x-1}{x-3}>0. Numérateur nul en x=12x=\tfrac12, dénominateur nul en x=3x=3.

xx−∞-\infty12\tfrac1233 +∞+\infty
2x−12x-1−- 0 \;0\; +++ ++\ \ +
x−3x-3−- ∣ \;|\; −-0 +0\ \ +
2x−1x−3\dfrac{2x-1}{x-3}++ 0 \;0\; −-∄ +\nexists\ \ +

Le quotient est >0>0 sur ]−∞,12[\,]-\infty,\tfrac12[ et sur ]3,+∞[\,]3,+\infty[ (on exclut x=12x=\tfrac12 où il vaut 00, et x=3x=3 où le dénominateur s'annule).

Df= ]−∞, 12[ ∪ ]3,+∞[.\boxed{D_f=\,\Big]-\infty,\,\tfrac12\Big[\ \cup\ ]3,+\infty[}.
Exercice 9

On rappelle que arccos⁡\arccos n'est définie que sur [−1,1][-1,1], tandis que arctan⁡\arctan est définie sur R\mathbb{R} tout entier.

  1. a)

    Déterminer le domaine de définition de f(x)=arccos⁡ ⁣(x−12)f(x)=\arccos\!\left(\dfrac{x-1}{2}\right).

    Condition d'existence de arccos⁡ ⁣(x−12)\arccos\!\left(\dfrac{x-1}{2}\right) : −1≤x−12≤1-1\leq \dfrac{x-1}{2}\leq 1. En multipliant par 22 : −2≤x−1≤2-2\leq x-1\leq 2, puis en ajoutant 11 : −1≤x≤3-1\leq x\leq 3.

    Df=[−1, 3].\boxed{D_f=[-1,\,3]}.
  2. b)

    Déterminer le domaine de définition de g(x)=arctan⁡ ⁣(1x)g(x)=\arctan\!\left(\dfrac1x\right), et expliquer pourquoi la seule contrainte provient de 1x\dfrac1x.

    arctan⁡\arctan est définie sur R\mathbb{R} : elle n'impose aucune condition sur son argument. La seule contrainte vient donc de 1x\dfrac1x, qui exige x≠0x\neq 0.

    Dg=R∖{0}.\boxed{D_g=\mathbb{R}\setminus\{0\}}.
Exercice 10

Soit f(x)=1−ln⁡xf(x)=\sqrt{1-\ln x}.

  1. a)

    Écrire les conditions d'existence, puis déterminer DfD_f.

    f(x)=1−ln⁡xf(x)=\sqrt{1-\ln x}.

    Deux conditions : le logarithme exige x>0x>0 ; la racine exige 1−ln⁡x≥0⇔ln⁡x≤1⇔x≤e1-\ln x\geq 0\Leftrightarrow \ln x\leq 1\Leftrightarrow x\leq e (la fonction ln⁡\ln étant croissante). L'intersection de x>0x>0 et x≤ex\leq e donne

    Df= ]0, e].\boxed{D_f=\,]0,\,e]}.
  2. b)

    Déterminer l'antécédent de 00 par ff.

    Antécédent de 00 : f(x)=0⇔1−ln⁡x=0⇔ln⁡x=1⇔x=ef(x)=0\Leftrightarrow 1-\ln x=0\Leftrightarrow \ln x=1\Leftrightarrow x=e. L'antécédent de 00 est e\boxed{e} (il appartient bien à DfD_f).

Exercice 11

Pour m∈Rm\in\mathbb{R}, on pose fm(x)=x2−2x+mf_m(x)=\sqrt{x^2-2x+m}.

  1. a)

    Déterminer le domaine de définition de f1f_1 (cas m=1m=1).

    fm(x)=x2−2x+mf_m(x)=\sqrt{x^2-2x+m}.

    Pour m=1m=1 : x2−2x+1=(x−1)2≥0x^2-2x+1=(x-1)^2\geq 0 pour tout xx, et la racine d'un carré existe toujours. Donc Df=R\boxed{D_f=\mathbb{R}}.

  2. b)

    Déterminer toutes les valeurs de mm pour lesquelles Df=RD_f=\mathbb{R}.

    Df=RD_f=\mathbb{R} signifie que x2−2x+m≥0x^2-2x+m\geq 0 pour tout xx. Ce trinôme (de coefficient dominant 1>01>0) reste ≥0\geq 0 partout si et seulement si son discriminant est ≤0\leq 0 :

    Δ=(−2)2−4(1)(m)=4−4m≤0⇔m≥1.\Delta=(-2)^2-4(1)(m)=4-4m\leq 0\Leftrightarrow m\geq 1.
    Df=R  ⟺  m≥1.\boxed{D_f=\mathbb{R} \iff m\geq 1}.
  3. c)

    Déterminer le domaine de définition de f0f_0 (cas m=0m=0).

    Pour m=0m=0 : x2−2x≥0⇔x(x−2)≥0x^2-2x\geq 0\Leftrightarrow x(x-2)\geq 0, produit ≥0\geq 0 à l'extérieur des racines 00 et 22 (incluses).

    Df0= ]−∞, 0] ∪ [2,+∞[.\boxed{D_{f_0}=\,]-\infty,\,0]\ \cup\ [2,+\infty[}.
Exercice 12

Soit f(x)=e2x−3ex+2f(x)=e^{2x}-3e^{x}+2.

  1. a)

    En posant X=exX=e^{x}, montrer que résoudre f(x)=0f(x)=0 revient à résoudre X2−3X+2=0X^2-3X+2=0.

    f(x)=e2x−3ex+2f(x)=e^{2x}-3e^{x}+2.

    En posant X=exX=e^{x}, on a e2x=(ex)2=X2e^{2x}=(e^{x})^2=X^2. L'équation f(x)=0f(x)=0 devient X2−3X+2=0X^2-3X+2=0, avec la contrainte X=ex>0X=e^{x}>0.

  2. b)

    En déduire tous les antécédents de 00 par ff.

    X2−3X+2=0X^2-3X+2=0 se factorise en (X−1)(X−2)=0(X-1)(X-2)=0, d'où X=1X=1 ou X=2X=2 (toutes deux >0>0). On revient à xx :

    ex=1⇒x=0,ex=2⇒x=ln⁡2.e^{x}=1\Rightarrow x=0, \qquad e^{x}=2\Rightarrow x=\ln 2.

    Les antécédents de 00 par ff sont 0 et ln⁡2\boxed{0 \text{ et } \ln 2}.

Exercice 13
  1. a)

    Déterminer le domaine de définition de f(x)=1∣x∣−1f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{\lvert x\rvert-1}}.

    La racine est au dénominateur : il faut ∣x∣−1>0\lvert x\rvert-1>0 (strict), soit ∣x∣>1⇔x<−1 ou x>1\lvert x\rvert>1\Leftrightarrow x<-1 \text{ ou } x>1.

    Df= ]−∞, −1[ ∪ ]1,+∞[.\boxed{D_f=\,]-\infty,\,-1[\ \cup\ ]1,+\infty[}.
  2. b)

    Déterminer le domaine de définition de g(x)=∣x∣−1g(x)=\sqrt{\lvert x\rvert-1} et comparer les bornes.

    Ici la racine n'est pas au dénominateur : ∣x∣−1≥0⇔∣x∣≥1⇔x≤−1 ou x≥1\lvert x\rvert-1\geq 0\Leftrightarrow \lvert x\rvert\geq 1\Leftrightarrow x\leq -1 \text{ ou } x\geq 1.

    Dg= ]−∞, −1] ∪ [1,+∞[.\boxed{D_g=\,]-\infty,\,-1]\ \cup\ [1,+\infty[}.

    Les bornes −1-1 et 11 sont incluses pour gg mais exclues pour ff (division interdite en ces points).

Exercice 14

Mise en situation. La concentration d'un principe actif (en mg/L) est modélisée, pour tt en heures, par

C(t)=tln⁡(5−t).C(t)=\dfrac{\sqrt{t}}{\ln(5-t)}.
  1. a)

    Écrire toutes les conditions d'existence de C(t)C(t).

    Trois conditions se cumulent :

    • racine au numérateur : t≥0t\geq 0 ;
    • logarithme : 5−t>0⇔t<55-t>0\Leftrightarrow t<5 ;
    • dénominateur : ln⁡(5−t)≠0⇔5−t≠1⇔t≠4\ln(5-t)\neq 0\Leftrightarrow 5-t\neq 1\Leftrightarrow t\neq 4.
  2. b)

    En déduire le domaine de définition de CC.

    L'intersection de t≥0t\geq 0, t<5t<5 et t≠4t\neq 4 donne

    Df=[0, 4[ ∪ ]4, 5[.\boxed{D_f=[0,\,4[\ \cup\ ]4,\,5[}.

    Le point t=4t=4 est exclu car le logarithme y vaut 00 : on diviserait par 00.

Exercice 15

Soit f(x)=arcsin⁡ ⁣(2x1+x2)f(x)=\arcsin\!\left(\dfrac{2x}{1+x^2}\right).

  1. a)

    Montrer que, pour tout réel xx, −1≤2x1+x2≤1-1\leq \dfrac{2x}{1+x^2}\leq 1.

    Pour tout réel xx, (∣x∣−1)2≥0(\lvert x\rvert-1)^2\geq 0, c'est-à-dire x2−2∣x∣+1≥0x^2-2\lvert x\rvert+1\geq 0, donc 1+x2≥2∣x∣=∣2x∣1+x^2\geq 2\lvert x\rvert=\lvert 2x\rvert. Comme 1+x2>01+x^2>0, on peut diviser :

    ∣2x∣1+x2≤1,soit−1≤2x1+x2≤1.\frac{\lvert 2x\rvert}{1+x^2}\leq 1, \qquad\text{soit}\qquad -1\leq \frac{2x}{1+x^2}\leq 1.
  2. b)

    En déduire le domaine de définition de ff.

    L'argument de arcsin⁡\arcsin reste toujours dans [−1,1][-1,1] : la condition d'existence est satisfaite pour tout réel xx. De plus 1+x21+x^2 ne s'annule jamais. Donc

    Df=R.\boxed{D_f=\mathbb{R}}.