Bonjour !
Dans cette séquence de mathématiques, tu vas chercher à répondre à la grande question écrite en haut de la page. Elle se fait en 2 séances. Pour chaque séance : lis la consigne, étudie les documents, réponds aux questions sur ta feuille ou sur l'ENT, puis recopie l'essentiel dans ton cahier. Tu peux imprimer cette page avec le bouton « Imprimer ».
À la fin, je serai capable de :
- Relier courbe et tableau de variations ; lire et justifier un maximum ou un minimum
- Démontrer le sens de variation d'une fonction affine et de la fonction carré
- Résoudre un problème d'optimisation avec GeoGebra et un programme Python de balayage
Les mots importants
Ressources de la séquence
Les notions, les repères et les pistes pour aller plus loin, utiles pour toutes les séances.
Les notions à maîtriser
- Fonction croissante
- f est croissante sur I si, pour tous a < b dans I, f(a) ≤ f(b).
- Fonction décroissante
- f est décroissante sur I si, pour tous a < b dans I, f(a) ≥ f(b).
- Tableau de variations
- Tableau qui indique par des flèches les intervalles de croissance et de décroissance, avec les valeurs aux bornes.
- Maximum
- M est le maximum de f sur I s'il existe a dans I tel que f(a) = M et f(x) ≤ M pour tout x de I.
- Fonction affine
- f(x) = mx + p : m est le taux d'accroissement, p l'ordonnée à l'origine ; f est croissante si m > 0, décroissante si m < 0.
- Balayage
- Calcul des images pour des valeurs régulièrement espacées afin d'approcher un extremum.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| Ier siècle | Héron d'Alexandrie montre que la lumière réfléchie suit le chemin le plus court. |
| vers 1636 | Fermat expose une méthode pour trouver maximums et minimums. |
| 1684 | Leibniz publie les premières règles du calcul différentiel, outil général d'optimisation. |
| 1947 | George Dantzig invente l'algorithme du simplexe pour l'optimisation linéaire. |
Pour aller plus loin
Sources et bibliographie
- Ivar Ekeland, Le Calcul, l'imprévu, Seuil, 1984.
- George Pólya, Comment poser et résoudre un problème, Dunod, 1965.
- Ian Stewart, 17 Equations That Changed the World, Profile Books, 2012.
Mon parcours : je choisis mon rythme
- Pour les élèves qui ont besoin de plus de temps : énoncé découpé en petites questions, rappel de cours en marge, calculatrice ou tableur autorisés pendant l'entraînement, correction pas à pas en vidéo ou en classe virtuelle.
- Pour les élèves qui avancent vite : question d'approfondissement (démonstration, généralisation, programme Python à écrire), problème ouvert à rédiger et à présenter à l'oral.
Séance 1 · Sens de variation et tableaux de variations
65 minSéance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.
La question du jour
Comment résumer l'évolution d'une grandeur en un seul tableau ?
Mon plan de travail
- 10 min → Lancement en classe virtuelle : Je suis le lancement (ou j'écoute la capsule) et je recopie la problématique.
- 12 min → Travail autonome : Je fais l'activité 1 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 18 min → Travail autonome : Je fais l'activité 2 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 15 min → Travail à rendre : Je fais l'activité 3 et je la dépose sur l'ENT (ou j'envoie une photo) dans les trois jours.
- 10 min → Mise en commun : Je corrige avec une autre couleur et je complète la trace écrite.
Le cours à lire · Croissance, décroissance, extremums
f est croissante sur un intervalle I si, pour tous a < b de I, f(a) ≤ f(b) : elle conserve l'ordre ; décroissante si elle l'inverse. Le tableau de variations résume ces intervalles par des flèches. Le maximum de f sur I est la plus grande valeur prise, le minimum la plus petite. Une fonction affine f(x) = mx + p est croissante si m > 0 (démonstration : f(b) − f(a) = m(b − a), du signe de m), décroissante si m < 0, constante si m = 0. La fonction carré est décroissante sur ]−∞ ; 0] et croissante sur [0 ; +∞[ ; la fonction inverse est décroissante sur ]−∞ ; 0[ et sur ]0 ; +∞[.
Document 1 · La température d'une serre
Situation-problème.
Une sonde enregistre la température d'une serre de 0 h à 24 h. La courbe obtenue (déposée sur l'ENT) montre : 12 °C à 0 h, un minimum de 9 °C à 5 h, un maximum de 31 °C à 15 h, puis 14 °C à 24 h.
Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).
Activité 1 · Chercher
12 minSupports : Document 1
Lisez et résumez.
- Sur quels intervalles la température augmente‑t‑elle ?
- Dressez le tableau de variations.
- Peut‑on comparer T(6) et T(10) sans la courbe ? T(2) et T(20) ?
Ce qui est attendu (6 pts) : Résultats justes et justifiés
Activité 2 · Démontrer
18 minSupports : Cours
Démontrez avec la définition.
- f(x) = −3x + 2 : calculez f(b) − f(a) pour a < b.
- Montrez que la fonction carré est croissante sur [0 ; +∞[.
- La fonction inverse est‑elle décroissante sur ℝ privé de 0 ? Testez −1 et 1.
Ce qui est attendu (7 pts) : Méthode et résultats
Activité 3 · Communiquer
15 minSupports : Documents et cours
Le jardinier doit aérer la serre quand la température dépasse 25 °C. Rédigez une consigne (6 à 8 lignes) en exploitant le tableau de variations et une lecture graphique. Pour bien commencer : D'après le tableau de variations, … · La température dépasse 25 °C entre… · Il faut donc ouvrir…
Ce qui est attendu (7 pts) : Raisonnement · Rédaction
Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)
Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.
Une fonction __________ conserve l'ordre. Une fonction affine est croissante si son coefficient directeur est _______. La fonction carré est ____________ sur les négatifs et croissante sur les positifs. Le _______ est la plus grande valeur prise.
Séance 2 · Optimiser : figure dynamique et balayage
65 minSéance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.
La question du jour
Quel enclos donne la plus grande aire ?
Mon plan de travail
- 10 min → Lancement en classe virtuelle : Je suis le lancement (ou j'écoute la capsule) et je recopie la problématique.
- 12 min → Travail autonome : Je fais l'activité 1 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 18 min → Travail autonome : Je fais l'activité 2 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 15 min → Travail à rendre : Je fais l'activité 3 et je la dépose sur l'ENT (ou j'envoie une photo) dans les trois jours.
- 10 min → Mise en commun : Je corrige avec une autre couleur et je complète la trace écrite.
Le cours à lire · Approcher puis justifier un extremum
Pour optimiser, on choisit une variable x, on exprime la grandeur à optimiser par une fonction f(x) sur un intervalle, puis on cherche son maximum ou son minimum. On peut conjecturer avec un curseur GeoGebra ou un tableau de valeurs, approcher par balayage (calcul de f pour x allant de a à b avec un pas) ou par dichotomie, puis justifier par le calcul. Exemple : A(x) = x(20 − 2x) = −2x² + 20x. Comme −2(x − 5)² + 50 = −2x² + 20x, on a A(x) = 50 − 2(x − 5)² ≤ 50, avec égalité pour x = 5 : le maximum est 50.
Document 1 · L'enclos du lycée agricole
Situation-problème.
Un lycée agricole dispose de 20 m de grillage pour un enclos rectangulaire adossé à un mur : le grillage forme trois côtés. On note x (en m) la largeur, perpendiculaire au mur.
Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).
Activité 1 · Chercher
12 minSupports : Document 1
Conjecturez.
- Calculez l'aire pour x = 2, 4, 5, 6, 8.
- Exprimez A(x) et précisez l'intervalle.
- Conjecture ?
Ce qui est attendu (6 pts) : Résultats justes et justifiés
Activité 2 · Programmer
18 minSupports : Cours
Étudiez le programme de balayage : on part de x = 0, on calcule A(x) avec un pas de 0,1, on garde la plus grande valeur rencontrée et la valeur de x correspondante.
- Combien de valeurs de x sont testées entre 0 et 10 ?
- Que renvoie le programme ?
- Pourquoi le balayage ne prouve‑t‑il pas le résultat ?
Ce qui est attendu (7 pts) : Méthode et résultats
Activité 3 · Démontrer
15 minSupports : Documents et cours
Démontrez que A(x) = 50 − 2(x − 5)², puis concluez sur le maximum. Rédigez une réponse au gestionnaire (6 à 8 lignes) avec les dimensions de l'enclos. Pour bien commencer : En développant 50 − 2(x − 5)², on obtient… · Comme un carré est toujours positif, … · L'enclos le plus grand mesure…
Ce qui est attendu (7 pts) : Raisonnement · Rédaction
Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)
Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.
Pour optimiser, on exprime la grandeur par une ________ d'une variable choisie. Le balayage permet de ___________ un extremum, le calcul permet de le _________. Un carré est toujours _______ ou nul.
Fiche à trous · je complète
Complète le texte avec les mots de la banque (sur papier ou dans le document de l'ENT).
f est __________ sur un intervalle si, quand x augmente, f(x) augmente.
Une fonction affine x ↦ mx + p est croissante si ______ est positif.
Un tableau de __________ résume les intervalles de croissance et de décroissance.
Le _______ de f sur un intervalle est la plus grande valeur prise par f(x).
Ce que j'ai appris
- Relier courbe et tableau de variations ; lire et justifier un maximum ou un minimum
- Démontrer le sens de variation d'une fonction affine et de la fonction carré
- Résoudre un problème d'optimisation avec GeoGebra et un programme Python de balayage