Éducation Nationale Française · Cinquième
Fonctions
I
Qu'est-ce qu'une relation ?
Définition — Relation
Une relation décrit comment deux variables (grandeurs) sont liées.
En mathématiques, on utilise souvent les lettres \(\textcolor{colordef}{x}\) et \(\textcolor{colorprop}{y}\) pour représenter des variables. Une variable est une grandeur qui peut prendre différentes valeurs.
Dans d'autres contextes, on utilise souvent la première lettre du nom de la grandeur. Par exemple, la variable temps est représentée par la lettre \(t\).
Dans d'autres contextes, on utilise souvent la première lettre du nom de la grandeur. Par exemple, la variable temps est représentée par la lettre \(t\).
Exemple
On étudie la taille d'un enfant à différents âges.Déterminer les deux variables.
- Le temps en années : c'est la variable \(\textcolor{colordef}{t}\). Elle augmente au fur et à mesure que l'enfant grandit.
- La taille de l'enfant en cm : c'est la variable \(\textcolor{colorprop}{h}\). Elle indique la taille de l'enfant.
Compétences à pratiquer
- Variables en sciences
II
Tableaux
Définition — Tableau
Un tableau sert à organiser des données afin de faciliter l'affichage et l'étude du lien entre deux variables. En général, une ligne (ou une colonne) correspond à la première variable et une autre ligne (ou colonne) à la deuxième variable. Exemple
La taille d'Hugo selon son âge est donnée dans le tableau suivant : | \(\textcolor{colordef}{t\text{ (années)}}\) | \(0\) | \(1\) | \(2\) | \(3\) | \(4\) | \(5\) | \(6\) |
| \(\textcolor{colorprop}{h\text{ (cm)}}\) | \(52\) | \(67\) | \(78\) | \(86\) | \(98\) | \(106\) | \(115\) |
La taille d'Hugo à \(4\) ans est de \(\textcolor{colorprop}{98}\) centimètres.
Compétences à pratiquer
- Lire des tableaux en sciences
III
Graphiques
Définition — Graphique
Le graphique d'une relation (on dit aussi le graphe) est l'ensemble des points \((\textcolor{colordef}{x}\,;\textcolor{colorprop}{y})\) d'un repère (plan cartésien) dont les coordonnées sont deux valeurs qui se correspondent dans la relation. La première coordonnée \(\textcolor{colordef}{x}\) se place sur l'axe horizontal et la deuxième coordonnée \(\textcolor{colorprop}{y}\) sur l'axe vertical. Définition — Graphique en ligne brisée
Un graphique en ligne brisée d'une relation est un graphique où les points \((\textcolor{colordef}{x}\,;\textcolor{colorprop}{y})\) sont reliés par des segments de droite, généralement de la gauche vers la droite. Méthode — Tracer un graphique à partir d'un tableau
Dans un repère : - on place chaque point \((\textcolor{colordef}{x}\,;\textcolor{colorprop}{y})\) du tableau,
- on relie les points dans l'ordre avec des segments de droite.
Exemple
Tracer le graphique en ligne brisée de la taille d'Hugo selon son âge, à partir du tableau ci-dessous : | \(\textcolor{colordef}{t\text{ (années)}}\) | \(0\) | \(1\) | \(2\) | \(3\) | \(4\) | \(5\) | \(6\) |
| \(\textcolor{colorprop}{h\text{ (cm)}}\) | \(52\) | \(67\) | \(78\) | \(86\) | \(98\) | \(106\) | \(115\) |
- On commence par placer les points \((0\,;52)\), \((1\,;67)\), \((2\,;78)\), \((3\,;86)\), \((4\,;98)\), \((5\,;106)\), \((6\,;115)\) dans un repère.
- Ensuite, on relie les points dans l'ordre avec des segments de droite pour former le graphique en ligne brisée.

Méthode — Lire une valeur sur un graphique
Pour lire sur un graphique en ligne brisée la valeur qui correspond à une valeur de l'axe horizontal : - Repérer la valeur sur l'axe horizontal. Par exemple, pour lire la taille d'Hugo à \(t=6\) ans, repérer \(6\) sur l'axe des \(t\).
- Monter verticalement jusqu'au graphique : tracer une ligne verticale depuis cette valeur jusqu'à la ligne brisée.
- Lire la valeur sur l'axe vertical : depuis le point de rencontre, aller horizontalement jusqu'à l'axe vertical et y lire la valeur.
Compétences à pratiquer
- Identifier les graphiques en ligne brisée
- Tracer les graphiques en ligne brisée
- Lire un graphique en ligne brisée
- Lire une valeur sur un graphique
IV
Exprimer une grandeur en fonction d'une autre
Définition — En fonction de
Quand deux grandeurs sont liées, de sorte que chaque valeur de la première détermine exactement une valeur de la seconde, on dit que la seconde grandeur s'exprime en fonction de la première.Exemple. Le périmètre d'un carré s'exprime en fonction de la longueur de son côté : une fois le côté choisi, le périmètre est déterminé.
Méthode — Représenter une dépendance
Le périmètre \(P\) d'un carré, en cm, s'exprime en fonction de son côté \(c\), en cm. Cette dépendance peut s'écrire : - Avec une formule : une égalité calcule la seconde grandeur à partir de la première. Ici, \(P = 4 \times c\).
- Avec la notation fonctionnelle : \(P(3)\) — qui se lit « \(P\) de \(3\) » — est le périmètre quand le côté vaut \(3\) cm, donc \(P(3) = 12\). Plus généralement, \(P(c) = 4 \times c\) donne le périmètre pour n'importe quel côté \(c\).
Attention : les parenthèses ne signifient pas « \(P\) fois \(3\) » ; elles disent « le périmètre quand le côté vaut \(3\) ». - Avec un tableau de valeurs : chaque colonne contient une valeur du côté et, en dessous, le périmètre correspondant.
Côté \(\textcolor{colordef}{c}\) (cm) \(\textcolor{colordef}{1}\) \(\textcolor{colordef}{2}\) \(\textcolor{colordef}{3}\) \(\textcolor{colordef}{4}\) Périmètre \(\textcolor{colorprop}{P}\) (cm) \(\textcolor{colorprop}{4}\) \(\textcolor{colorprop}{8}\) \(\textcolor{colorprop}{12}\) \(\textcolor{colorprop}{16}\) - Avec un graphique : chaque couple de valeurs devient un point — la première grandeur sur l'axe horizontal, la seconde sur l'axe vertical.
Exemple
L'aire \(A\) d'un carré, en cm\(^2\), s'exprime en fonction de son côté \(c\), en cm. - Écrire une formule donnant \(A\) en fonction de \(c\).
- Calculer \(A(3)\), puis expliquer en mots ce que ce nombre signifie.
- Compléter un tableau de valeurs pour \(c = 1\), \(2\), \(3\), \(4\) et \(5\).
- Placer les cinq points correspondants. Sont-ils alignés sur une droite passant par l'origine ?
- L'aire d'un carré est le produit de son côté par lui-même : \(A = c \times c\).
- \(A(3) = 3 \times 3 = 9\) : l'aire d'un carré de côté \(3\) cm est \(9\) cm\(^2\).
- Chaque colonne applique la formule :
Côté \(\textcolor{colordef}{c}\) (cm) \(\textcolor{colordef}{1}\) \(\textcolor{colordef}{2}\) \(\textcolor{colordef}{3}\) \(\textcolor{colordef}{4}\) \(\textcolor{colordef}{5}\) Aire \(\textcolor{colorprop}{A}\) (cm\(^2\)) \(\textcolor{colorprop}{1}\) \(\textcolor{colorprop}{4}\) \(\textcolor{colorprop}{9}\) \(\textcolor{colorprop}{16}\) \(\textcolor{colorprop}{25}\) - Les points ne sont pas alignés : aucune droite passant par l'origine ne peut tous les porter. Le côté peut prendre n'importe quelle longueur : les points intermédiaires remplissent la courbe en pointillés, qui monte de plus en plus vite.
Le graphique donne une première vérification d'un coup d'œil : si les points ne sont pas alignés sur une droite passant par l'origine, la dépendance n'est pas proportionnelle. Pour le périmètre, \(P = 4 \times c\) : le périmètre est proportionnel au côté, ses points sont alignés sur une droite passant par l'origine — la signature graphique de la proportionnalité — et la formule le confirme. Pour l'aire, le quotient \(A \div c\) change sans cesse (\(1\), puis \(2\), puis \(3\)) : l'aire n'est pas proportionnelle au côté, et ses points suivent une courbe. Une dépendance n'a pas toujours de formule, d'ailleurs : aucune formule ne donne la taille d'Hugo en fonction de son âge — on donne la dépendance par un tableau de mesures ou un graphique.
Compétences à pratiquer
- Écrire une grandeur en fonction d'une autre
- Calculer avec la notation fonctionnelle
V
Qu'est-ce qu'une fonction ?
Certaines grandeurs dépendent d’autres de façon régulière. Par exemple, le nombre de roues est toujours le nombre de vélos multiplié par 2. En mathématiques, une règle qui donne un nombre à partir d’un autre porte un nom particulier : une fonction.
Une fonction fonctionne comme une machine : un nombre entre (l’entrée), la machine applique sa règle, et un nombre sort (la sortie). La même entrée donne toujours la même sortie.
Les tableaux Entrée/Sortie des suites de nombres fonctionnent de la même façon, et un tableau des rangs et des termes aussi : un tableau de rangs est un tableau Entrée/Sortie, où le rang entre et le terme sort.
Une fonction fonctionne comme une machine : un nombre entre (l’entrée), la machine applique sa règle, et un nombre sort (la sortie). La même entrée donne toujours la même sortie.
Les tableaux Entrée/Sortie des suites de nombres fonctionnent de la même façon, et un tableau des rangs et des termes aussi : un tableau de rangs est un tableau Entrée/Sortie, où le rang entre et le terme sort.
Définition — Fonction
Une fonction est une règle qui prend un nombre en entrée et donne en retour un seul nombre en sortie. Pour chaque entrée, la machine-fonction donne toujours la même sortie et suit toujours la même règle. Exemple
Voici comment fonctionne une machine-fonction. - La règle de la fonction est : \(\textcolor{olive}{\text{ajouter 2}}\).
- L’entrée est : \(\textcolor{colordef}{3}\).
- La sortie est : \(\textcolor{colordef}{3}\textcolor{olive}{+2} = \textcolor{colorprop}{5}\).

Exemple
On considère le programme de calcul suivant : - Choisir un nombre.
- Multiplier le nombre choisi par \(3\).
- Ajouter \(1\) au résultat obtenu.
On fait tourner le programme sur le nombre choisi \(x\), étape par étape : $$\textcolor{colordef}{x} \;\xrightarrow{\;\times\, 3\;}\; 3 \times \textcolor{colordef}{x} \;\xrightarrow{\;+\, 1\;}\; 3 \times \textcolor{colordef}{x} + 1.$$ Le résultat est toujours \(3 \times x + 1\), donc la fonction est $$\textcolor{colorprop}{f(x) = 3x + 1}.$$ Contrôle avec un nombre : pour \(x = 2\), le programme donne \(2 \to 6 \to 7\), et \(f(2) = 3 \times 2 + 1 = 7\).
Compétences à pratiquer
- Calculer la sortie d'une fonction
- Déterminer la règle d'une fonction
- Écrire les fonctions : niveau 1
- Écrire les fonctions : niveau 2
VI
Pour aller plus loin
Compétences à pratiquer
- Raisonner et résoudre des problèmes
- Problèmes
- Quiz
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