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Mathématiques (spécialité) · PremièreÉpreuve anticipée de mathématiques

Variations et extremums d'une fonction : cours de 1re

Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Sur un intervalle, une fonction dérivable est croissante quand sa dérivée est positive ou nulle, décroissante quand elle est négative ou nulle 1.
  • Pour étudier les variations : calculer f′f', étudier son signe, puis résumer dans un tableau de variations.
  • Un extremum local apparaît quand f′f' s'annule en changeant de signe 3.
  • f′(a)=0f'(a)=0 ne suffit pas : x↦x3x \mapsto x^3 a une dérivée nulle en 0 sans extremum.
  • Pour une inégalité ou un problème d'optimisation, on cherche le minimum ou le maximum de la fonction concernée 1.

Pourquoi étudier les variations d'une fonction

Quand on regarde la courbe d'une fonction, on voit tout de suite où elle monte, où elle descend, où elle atteint un sommet ou un creux. Le but de ce chapitre est de retrouver ces informations par le calcul, sans tracer la courbe point par point. Le programme de première demande en effet d'étudier les variations d'une fonction et de déterminer ses extremums 12.

L'outil central est la dérivée, que tu as déjà rencontrée : le nombre dérivé est la pente de la tangente, et la fonction dérivée donne cette pente en chaque point. Si la pente est positive, la courbe monte ; si elle est négative, la courbe descend. Toute la méthode du chapitre repose sur cette idée simple, formulée avec précision.

Ce cours suppose que tu sais :

  • calculer le nombre dérivé et trouver l'équation d'une tangente ;
  • dériver les fonctions usuelles (x2x^2, x3x^3, 1x\frac{1}{x}, x\sqrt{x}) ;
  • dériver une somme, un produit par une constante, un produit, un quotient.

Il prépare l'étude complète d'une fonction, où l'on rassemble variations, signe, limites et courbe.

Vocabulaire : croissance, décroissance, extremums

Le lien entre signe de la dérivée et variations

Imagine une courbe et sa tangente en un point. Le nombre dérivé est la pente de cette tangente 2. Une pente positive signifie que la tangente monte : la fonction a tendance à augmenter autour de ce point. Une pente négative signifie qu'elle a tendance à diminuer. Quand la pente est nulle, la tangente est horizontale : c'est un moment de transition, souvent un sommet ou un creux.

Cette observation devient un énoncé précis du programme, qui relie le sens de variation d'une fonction dérivable sur un intervalle au signe de sa fonction dérivée 12.

Méthode : dresser un tableau de variations

Les étapes d'une étude de variationsCinq étapes successives : dériver, étudier le signe de f', conclure sur les variations, dresser le tableau, lire les extremums.1DériverCalculer f'(x) et la factoriser2Signe de f'Racines puis signe sur chaque intervalle3Variationsf' > 0 : croît ; f' < 0 : décroît4TableauSigne de f', flèches et valeurs de f5ExtremumsRepérer où la flèche change de sens
  1. DériverCalculer f'(x) et la factoriser
  2. Signe de f'Racines puis signe sur chaque intervalle
  3. Variationsf' > 0 : croît ; f' < 0 : décroît
  4. TableauSigne de f', flèches et valeurs de f
  5. ExtremumsRepérer où la flèche change de sens
Les étapes d'une étude de variations · Suis toujours le même ordre, de la dérivée jusqu'aux extremums.

Le tableau a deux lignes essentielles. La première donne le signe de f′(x)f'(x) ; la seconde donne les variations de ff avec des flèches (↗\nearrow pour croissante, ↘\searrow pour décroissante). Les valeurs de ff sont écrites aux extrémités des flèches. C'est un résumé complet : en le lisant, on sait où la fonction monte, descend, et à quelle hauteur elle atteint ses sommets et ses creux.

Premier exemple : une fonction polynôme du second degré

Les fonctions polynômes du second degré sont explicitement citées dans le programme : on y étudie variations et extremum en lien avec la dérivation 2. Prenons f(x)=x2−4x+3f(x)=x^2-4x+3 sur R\mathbb{R}.

Tableau de variations de f(x) = x² − 4x + 3
x−∞2+∞
Signe de f'(x)−0+
Variations de fdécroît−1 (minimum)croît
Tableau de variations de f(x) = x² − 4x + 3 · Le minimum −1 est atteint en x = 2.
Courbe de f(x) = x² − 4x + 3Parabole tournée vers le haut, de sommet (2 ; −1), qui coupe l'axe des abscisses en 1 et en 3.-112345-2-1123456780𝒞fS(2 ; −1)A(1 ; 0)B(3 ; 0)
Courbe de f(x) = x² − 4x + 3 · Au sommet, la tangente est horizontale.
Démonstration · Vérification sans dérivée

On peut retrouver ce résultat par l'algèbre. Développons (x−2)2−1=x2−4x+4−1=x2−4x+3(x-2)^2-1 = x^2-4x+4-1 = x^2-4x+3. Donc f(x)=(x−2)2−1f(x)=(x-2)^2-1. Un carré est toujours positif ou nul, donc (x−2)2≥0(x-2)^2 \geq 0 et f(x)≥−1f(x) \geq -1 pour tout réel xx. L'égalité a lieu quand (x−2)2=0(x-2)^2=0, c'est-à-dire pour x=2x=2. Le minimum vaut bien −1-1, atteint en 22. Le calcul avec la dérivée donne la même chose, et il se généralise à des fonctions que l'algèbre seule ne traite pas.

Extremums locaux et dérivée nulle

Dans l'exemple précédent, le minimum est atteint exactement là où la dérivée s'annule, et la tangente à la courbe y est horizontale. Ce n'est pas un hasard : le programme fait le lien entre le nombre dérivé en un extremum et la tangente à la courbe 2.

Deuxième exemple : une fonction polynôme du troisième degré

Courbe de f(x) = x³ − 3xCourbe qui monte jusqu'au point (−1 ; 2), descend jusqu'au point (1 ; −2), puis remonte.-2.5-2-1.5-1-0.50.511.522.5-4-3-2-112340𝒞fM(−1 ; 2)N(1 ; −2)
Courbe de f(x) = x³ − 3x · Maximum local en x = −1, minimum local en x = 1.

Ici, ces extremums sont locaux seulement. Sur R\mathbb{R}, la fonction n'a ni maximum ni minimum global : pour xx très grand, x3−3xx^3-3x devient aussi grand qu'on veut, et pour xx très négatif aussi petit qu'on veut. Mais si on restreint l'étude à un intervalle fermé, la situation change.

Applications : inégalités et optimisation

Le programme demande aussi d'exploiter les variations d'une fonction pour établir une inégalité 1, et de traiter des problèmes d'optimisation où une fonction du second degré intervient 2. L'idée : une inégalité du type g(x)≥mg(x)\geq m se démontre en prouvant que mm est le minimum de gg.

Erreurs fréquentes et réflexes de contrôle

Exercices corrigés

Exercice 1 Maximum d'un trinôme

★☆☆Environ 8 min

Soit f(x)=−x2+6x−5f(x)=-x^2+6x-5 définie sur R\mathbb{R}. Étudie les variations de ff et détermine son maximum.

Indice 1

Calcule f′(x)f'(x) puis résous f′(x)=0f'(x)=0.

Indice 2

Le coefficient de x2x^2 est négatif : la fonction croît puis décroît.

Voir la correction pas à pas
  1. On dérive : f′(x)=−2x+6=−2(x−3)f'(x)=-2x+6=-2(x-3).

  2. f′(x)=0f'(x)=0 pour x=3x=3. Pour x<3x<3, x−3<0x-3<0 donc f′(x)>0f'(x)>0 ; pour x>3x>3, f′(x)<0f'(x)<0.

  3. ff est croissante sur ]−∞ ;3]]-\infty\,;3] et décroissante sur [3 ;+∞[[3\,;+\infty[.

  4. On calcule f(3)=−9+18−5=4f(3)=-9+18-5=4.

ff admet un maximum égal à 44, atteint en x=3x=3.

Exercice 2 Extremums locaux d'un polynôme de degré 3

★★☆Environ 12 min

Soit f(x)=2x3−9x2+12x+1f(x)=2x^3-9x^2+12x+1 sur R\mathbb{R}. Dresse le tableau de variations de ff. Calcule la différence entre la valeur du maximum local et celle du minimum local.

Indice 1

Factorise f′(x)=6x2−18x+12f'(x)=6x^2-18x+12 en commençant par mettre 66 en facteur.

Indice 2

Un trinôme de coefficient dominant positif est négatif entre ses racines.

Voir la correction pas à pas
  1. On dérive : f′(x)=6x2−18x+12=6(x2−3x+2)=6(x−1)(x−2)f'(x)=6x^2-18x+12=6(x^2-3x+2)=6(x-1)(x-2).

  2. Les racines sont 11 et 22. Le coefficient 66 est positif : f′>0f'>0 sur ]−∞ ;1[]-\infty\,;1[ et sur ]2 ;+∞[]2\,;+\infty[, f′<0f'<0 sur ]1 ;2[]1\,;2[.

  3. ff croît jusqu'à x=1x=1, décroît de 11 à 22, puis croît.

  4. f(1)=2−9+12+1=6f(1)=2-9+12+1=6 : maximum local. f(2)=16−36+24+1=5f(2)=16-36+24+1=5 : minimum local.

  5. La différence vaut 6−5=16-5=1.

Maximum local 66 en x=1x=1, minimum local 55 en x=2x=2 ; leur différence est 11.

Exercice 3 Un enclos d'aire maximale

★★☆Environ 12 min

On souhaite construire un enclos rectangulaire avec 3636 m de grillage (périmètre total). Soit xx la longueur d'un côté, en mètres. Exprime l'aire en fonction de xx, étudie ses variations et donne l'aire maximale.

Indice 1

Si un côté vaut xx, l'autre vaut 18−x18-x car le demi-périmètre est 1818.

Indice 2

Précise l'intervalle des valeurs possibles de xx.

Voir la correction pas à pas
  1. Le demi-périmètre vaut 1818 m, donc l'autre côté mesure 18−x18-x, avec 0≤x≤180\leq x\leq 18.

  2. L'aire est A(x)=x(18−x)=18x−x2A(x)=x(18-x)=18x-x^2.

  3. On dérive : A′(x)=18−2x=2(9−x)A'(x)=18-2x=2(9-x), positive pour x<9x<9 et négative pour x>9x>9.

  4. AA est croissante sur [0 ;9][0\,;9] puis décroissante sur [9 ;18][9\,;18].

  5. Le maximum est A(9)=9×9=81A(9)=9\times 9=81.

L'aire maximale est 8181 m², obtenue pour un carré de 99 m de côté.

Exercice 4 Minimum de $x+\frac{16}{x}$

★★★Environ 15 min

Soit g(x)=x+16xg(x)=x+\frac{16}{x} sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. Étudie les variations de gg et détermine son minimum. En déduire que, pour tout x>0x>0, x+16x≥8x+\frac{16}{x}\geq 8.

Indice 1

La dérivée de 16x\frac{16}{x} est −16x2-\frac{16}{x^2}.

Indice 2

Mets g′(x)g'(x) au même dénominateur et factorise le numérateur.

Voir la correction pas à pas
  1. On dérive : g′(x)=1−16x2=x2−16x2=(x−4)(x+4)x2g'(x)=1-\frac{16}{x^2}=\frac{x^2-16}{x^2}=\frac{(x-4)(x+4)}{x^2}.

  2. Sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[, x2>0x^2>0 et x+4>0x+4>0 : g′(x)g'(x) a le signe de x−4x-4.

  3. gg est décroissante sur ]0 ;4]]0\,;4] et croissante sur [4 ;+∞[[4\,;+\infty[.

  4. Le minimum est g(4)=4+164=8g(4)=4+\frac{16}{4}=8.

  5. Donc g(x)≥8g(x)\geq 8 pour tout x>0x>0.

Le minimum de gg est 88, atteint en x=4x=4 ; l'inégalité x+16x≥8x+\frac{16}{x}\geq 8 est démontrée.

Quiz

8 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.

  1. Soit f(x)=x2−6x+5f(x)=x^2-6x+5. Quel est le minimum de ff sur R\mathbb{R} ?

  2. Si f′(a)=0f'(a)=0, alors ff admet forcément un extremum en aa.

  3. Si f′(x)>0f'(x)>0 pour tout xx d'un intervalle II, alors ff est :

  4. On a f′(x)=3(x−1)(x+2)f'(x)=3(x-1)(x+2). Sur l'intervalle ]−2 ;1[]-2\,;1[, la fonction ff est :

  5. Pour f(x)=x3f(x)=x^3, quelles affirmations sont vraies ?

    Plusieurs réponses possibles.

  6. Si f′f' passe du signe ++ au signe −- en aa (en s'annulant), alors ff admet en aa :

  7. Soit f(x)=x3−3xf(x)=x^3-3x sur [−2 ;2][-2\,;2]. Quel est le maximum de ff sur cet intervalle ?

  8. Si ff est dérivable et décroissante sur un intervalle II, alors f′(x)≤0f'(x)\leq 0 pour tout xx de II.

Les questions qu'on se pose

Comment savoir si un extremum est un maximum ou un minimum ?

Regarde le sens du changement de signe de f′f'. Si f′f' passe de ++ à −-, la fonction monte puis descend : c'est un maximum local. Si f′f' passe de −- à ++, elle descend puis monte : c'est un minimum local 3. Tu peux aussi comparer les valeurs de ff autour du point.

Pourquoi $f'(a)=0$ ne suffit-il pas pour avoir un extremum ?

Parce que la dérivée peut s'annuler sans changer de signe. Avec f(x)=x3f(x)=x^3, f′(0)=0f'(0)=0 mais f′f' reste positive de chaque côté : la fonction continue de monter. Le critère est le changement de signe de f′f' 3.

Quelle est la différence entre un extremum local et un extremum global ?

Un extremum local est le plus grand ou le plus petit au voisinage d'un point seulement. Un extremum global l'est sur tout l'intervalle étudié. Dans f(x)=x3−3xf(x)=x^3-3x sur R\mathbb{R}, le maximum local 22 n'est pas global, car la fonction prend des valeurs plus grandes ailleurs.

Faut-il toujours calculer les valeurs aux bornes de l'intervalle ?

Oui, quand l'intervalle est fermé. Sur [0 ;3][0\,;3], une fonction strictement croissante a son minimum en 00 et son maximum en 33, sans que la dérivée s'annule. Les bornes sont des candidats naturels aux extremums globaux.

À quoi sert l'étude des variations dans les exercices de contrôle ?

Elle sert à trouver des extremums, à démontrer des inégalités et à résoudre des problèmes d'optimisation (aire maximale, coût minimal) 12. C'est aussi l'étape de départ d'une étude complète de fonction.

Sources

Programme visé : Programme de mathématiques de première générale - Enseignement de spécialité · Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse

  1. Programme de mathématiques de première générale - Enseignement de spécialité, Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse. Consulté le 6 novembre 2026.
  2. Projet d'aménagement du programme de mathématiques de première générale (spécialité), Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse. Consulté le 6 novembre 2026.
  3. Extremum, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
  4. Calcul des variations, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

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