Version prof → Mathématiques · Lycée général · 2de · Seconde

Séquence 7 · Variations et extremums : optimiser avec une fonction

Comment trouver la meilleure dimension, le meilleur prix ou la meilleure quantité grâce à une fonction ?

Repères pour le professeur

Voie · niveauLycée général · Seconde
DisciplineMathématiques
Programme officielProgramme de mathématiques de 2de générale et technologique publié au BO du 2 avril 2026, en vigueur à la rentrée 2026.
Place dans le programmeProgramme de mathématiques de seconde générale et technologique (BO du 2 avril 2026, en vigueur à la rentrée 2026), partie « Fonctions », section « Variations et extrémums d'une fonction »
Durée totale2 séances + 1 évaluation ≈ 3 h 05
ModalitéEnseignement à distance : classe virtuelle + travail autonome + rendu sur l'ENT

Objectifs et capacités

Objectifs

Capacités travaillées (BO)

Notions et définitions

fonction croissante, décroissante, monotonetableau de variationsmaximum, minimum sur un intervallefonction affine : coefficient directeur mbalayage, dichotomie

Repères historiques

Ressources de la séquence

Ancrage dans le programme, notions, repères, débats, bibliographie et différenciation, communs à toutes les séances.

Ancrage dans le programme officiel

Capacité attendue : « Traiter de problèmes d'optimisation. »

Outils numériques : « Exploiter un logiciel de géométrie dynamique ou de calcul formel, la calculatrice ou Python pour décrire les variations d'une fonction donnée par une formule. »

Exemple d'algorithme : « Pour une fonction dont le tableau de variations est donné, algorithmes d'approximation numérique d'un extrémum (balayage, dichotomie). »

Compétences : « L'évaluation doit permettre de repérer les acquis des élèves en lien avec les six compétences mathématiques : chercher, modéliser, représenter, raisonner, calculer, communiquer. »

Épreuve anticipée de mathématiques (fin de 1re, note de service du 11 septembre 2026) : écrite, 2 heures, coefficient 2. « Elle entre en vigueur à compter de l'année scolaire 2026-2027, pour les épreuves présentées au titre la session 2028. » « La première partie est notée sur 6 points et la seconde partie est notée sur 14 points. » « L'usage de la calculatrice n'est pas autorisé pour l'ensemble de l'épreuve. » « La maîtrise de la langue est prise en compte à hauteur de deux points sur vingt » (note de service du 11 septembre 2026 (BO) ; épreuve anticipée de mathématiques (éduscol)).

Notions : définitions rigoureuses

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

DateÉvénement
Ier siècleHéron d'Alexandrie montre que la lumière réfléchie suit le chemin le plus court.
vers 1636Fermat expose une méthode pour trouver maximums et minimums.
1684Leibniz publie les premières règles du calcul différentiel, outil général d'optimisation.
1947George Dantzig invente l'algorithme du simplexe pour l'optimisation linéaire.

Les historiens en débat

Chercher le meilleur (le plus court, le plus grand, le moins cher) est l'un des moteurs historiques des mathématiques, de Héron à Fermat, puis au calcul différentiel. En seconde, les élèves optimisent avec un tableau de variations, une figure dynamique ou un programme de balayage ; la dérivation, en première, donnera une méthode générale. Synthèse du professeur.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Différenciation : un rythme de travail différent

Déroulé d'ensemble

SéanceTitreDuréeObjectif
Séance 1Sens de variation et tableaux de variations65 mindécrire, démontrer et exploiter les variations d'une fonction
Séance 2Optimiser : figure dynamique et balayage65 mintrouver un extremum par le calcul, GeoGebra et Python
ÉvaluationÉvaluation de fin de séquence (/20)55 minVérifier les acquis : connaissances, capacités, rédaction

Chaque séance dure environ 55 minutes à distance : lancement en classe virtuelle ou par message sur l'ENT, recherche du problème (calculatrice, tableur, GeoGebra ou Python dans le navigateur), mise en commun, cours et trace écrite. Les élèves renvoient la fiche à trous et leur production par l'ENT ou en photo.

Séance 1 · Sens de variation et tableaux de variations

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Comment résumer l'évolution d'une grandeur en un seul tableau ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · 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 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Lisez et résumez.

  1. Sur quels intervalles la température augmente‑t‑elle ?
    ✔ Corrigé :

    Sur [5 ; 15].

  2. Dressez le tableau de variations.
    ✔ Corrigé :

    Décroissante de 12 à 9 sur [0 ; 5], croissante de 9 à 31 sur [5 ; 15], décroissante de 31 à 14 sur [15 ; 24].

  3. Peut‑on comparer T(6) et T(10) sans la courbe ? T(2) et T(20) ?
    ✔ Corrigé :

    T(6) < T(10) (croissante sur [5 ; 15]) ; on ne peut pas comparer T(2) et T(20) avec le seul tableau.

Critère de réussitePoints
Résultats justes et justifiés6
Total de l'activité6

Activité 2 · Démontrer

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Démontrez avec la définition.

  1. f(x) = −3x + 2 : calculez f(b) − f(a) pour a < b.
    ✔ Corrigé :

    −3(b − a) < 0 : f est décroissante.

  2. Montrez que la fonction carré est croissante sur [0 ; +∞[.
    ✔ Corrigé :

    0 ≤ a < b : b² − a² = (b − a)(b + a) > 0.

  3. La fonction inverse est‑elle décroissante sur ℝ privé de 0 ? Testez −1 et 1.
    ✔ Corrigé :

    Non : −1 < 1 et 1/(−1) < 1/1 ; elle est décroissante sur chacun des deux intervalles séparément.

Critère de réussitePoints
Méthode et résultats7
Total de l'activité7

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

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…

✔ Corrigé rédigé :

Utilisation du tableau (seul l'intervalle [5 ; 15] puis [15 ; 24] peut contenir 25 °C) ; lecture graphique des deux instants ; consigne claire avec horaires approximatifs ; vocabulaire maximum, croissante.

Critère de réussitePoints
Raisonnement5
Rédaction2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

Une fonction croissante conserve l'ordre. Une fonction affine est croissante si son coefficient directeur est positif. La fonction carré est décroissante sur les négatifs et croissante sur les positifs. Le maximum est la plus grande valeur prise.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · Chercher6
Activité 2 · Démontrer7
Activité 3 · Communiquer7
Total20 / 20

Séance 2 · Optimiser : figure dynamique et balayage

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Quel enclos donne la plus grande aire ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · 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 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Conjecturez.

  1. Calculez l'aire pour x = 2, 4, 5, 6, 8.
    ✔ Corrigé :

    32 ; 48 ; 50 ; 48 ; 32 m².

  2. Exprimez A(x) et précisez l'intervalle.
    ✔ Corrigé :

    A(x) = x(20 − 2x), x ∈ [0 ; 10].

  3. Conjecture ?
    ✔ Corrigé :

    Maximum de 50 m² pour x = 5 m.

Critère de réussitePoints
Résultats justes et justifiés6
Total de l'activité6

Activité 2 · Programmer

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

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.

  1. Combien de valeurs de x sont testées entre 0 et 10 ?
    ✔ Corrigé :

    101 valeurs.

  2. Que renvoie le programme ?
    ✔ Corrigé :

    Environ x = 5 et A = 50.

  3. Pourquoi le balayage ne prouve‑t‑il pas le résultat ?
    ✔ Corrigé :

    Il ne teste qu'un nombre fini de valeurs avec des flottants : il faut une justification algébrique.

Critère de réussitePoints
Méthode et résultats7
Total de l'activité7

Activité 3 · Démontrer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

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…

✔ Corrigé rédigé :

Développement correct ; (x − 5)² ≥ 0 donc A(x) ≤ 50 ; égalité si x = 5 ; dimensions 5 m × 10 m ; aire 50 m² ; lien avec la conjecture et le balayage.

Critère de réussitePoints
Raisonnement5
Rédaction2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

Pour optimiser, on exprime la grandeur par une fonction d'une variable choisie. Le balayage permet de conjecturer un extremum, le calcul permet de le justifier. Un carré est toujours positif ou nul.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · Chercher6
Activité 2 · Programmer7
Activité 3 · Démontrer7
Total20 / 20

Fiche à trous · corrigé

f est croissante sur un intervalle si, quand x augmente, f(x) augmente.

Une fonction affine x ↦ mx + p est croissante si m est positif.

Un tableau de variations résume les intervalles de croissance et de décroissance.

Le maximum de f sur un intervalle est la plus grande valeur prise par f(x).

La version élève contient la même fiche avec une banque de mots (papier ou ENT).

Évaluation de fin de séquence (/20) · barème et corrigé

Évaluation sur 20 à faire en temps limité sur l'ENT ou sur papier, puis à renvoyer en photo ; le corrigé et le barème servent aussi à l'autoévaluation. En Bac Pro, elle est construite comme une situation de contrôle en cours de formation (problème contextualisé, compétences évaluées) ; en 1re générale, elle prépare à l'épreuve anticipée (automatismes sans calculatrice et exercices) ; en Terminale générale, aux exercices indépendants de l'épreuve de spécialité.

N°QuestionBarèmeCorrigé et critères
1Une fonction f est définie sur [−2 ; 6] ; elle croît de f(−2) = 1 à f(1) = 5, puis décroît jusqu'à f(6) = −3. Dressez le tableau de variations ; donnez le maximum, le minimum ; comparez f(2) et f(4).4 ptsTableau : flèche montante de 1 à 5 sur [−2 ; 1], descendante de 5 à −3 sur [1 ; 6]. Maximum 5 en 1, minimum −3 en 6. f(2) > f(4) car f est décroissante sur [1 ; 6]. Tableau (2 pts), extremums (1 pt), comparaison (1 pt).
2Démontrez que la fonction carré est décroissante sur ]−∞ ; 0] : prenez a < b ≤ 0 et étudiez le signe de a² − b².8 ptsa² − b² = (a − b)(a + b) ; a − b < 0 et a + b < 0 donc le produit est positif : a² > b². Quand x augmente, x² diminue. Factorisation (3 pts), signes (3 pts), conclusion (2 pts).
3Avec 20 m de grillage, on veut clôturer un enclos rectangulaire le long d'un mur (le mur forme un côté). On note x la largeur perpendiculaire au mur. Exprimez l'aire A(x), trouvez la valeur de x qui la rend maximale et justifiez. Pour bien commencer : *Je note x…, la longueur vaut alors…* · *L'aire est maximale quand…* · *L'enclos optimal mesure…*8 ptsLongueur 20 − 2x ; A(x) = x(20 − 2x) = −2x² + 20x sur [0 ; 10]. A(x) = 50 − 2(x − 5)², maximale pour x = 5 : enclos de 5 m sur 10 m, aire 50 m². Modélisation (3 pts), justification du maximum (3 pts), conclusion (2 pts).
Total20 pts

Pistes pour un rythme de travail différent