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Exercices : La Fonction Racine Carrée

Exercice 1 : Calculs et ensemble de définition

Soit \(f\) la fonction racine carrée définie sur \(\left[ 0 ; +\infty \right[\) par \(f(x) = \sqrt{x}\).

  1. Calculer les images de \(\dfrac{49}{16}\), de \(121\) et de \(\left( \sqrt{5} \right)^2\).
  2. Déterminer l'antécédent de \(8\) et celui de \(\dfrac{2}{3}\).
  3. Déterminer l'ensemble de définition de la fonction \(g\) définie par \(g(x) = \sqrt{x - 4}\).

1. Images :
\(f\left( \dfrac{49}{16} \right) = \sqrt{\dfrac{49}{16}} = \dfrac{\sqrt{49}}{\sqrt{16}} = \) \( \dfrac{7}{4} \).
\(f(121) = \sqrt{121} = \) \( 11 \).
\(f\left( \left( \sqrt{5} \right)^2 \right) = \sqrt{5} = \) \( \sqrt{5} \).

2. Antécédents :
L'antécédent de \(8\) est la valeur \(x\) telle que \(\sqrt{x} = 8\), donc \(x = 8^2 = \) \( 64 \).
L'antécédent de \(\dfrac{2}{3}\) est la valeur \(x\) telle que \(\sqrt{x} = \dfrac{2}{3}\), donc \(x = \left( \dfrac{2}{3} \right)^2 = \) \( \dfrac{4}{9} \).

3. Ensemble de définition de \(g\) :
La fonction racine carrée est définie pour des valeurs positives ou nulles.
On doit donc avoir \(x - 4 \ge 0\), donc \(x \ge 4\).
L'ensemble de définition est donc \( D_g = \left[ 4 ; +\infty \right[ \).

Exercice 2 : Dérivation et variations

Soit \(f\) la fonction racine carrée définie sur \(\left[ 0 ; +\infty \right[\).

  1. Donner l'expression de la dérivée \(f'(x)\) et son ensemble de dérivabilité.
  2. Étudier le signe de \(f'(x)\) sur son ensemble de dérivabilité.
  3. Dresser le tableau de variations complet de la fonction \(f\).

1. Dérivée : La fonction racine carrée est dérivable sur \( \left] 0 ; +\infty \right[ \) et on a \( f'(x) = \dfrac{1}{2\sqrt{x}} \).

2. Signe : Pour tout \(x > 0\), \(\sqrt{x} > 0\), donc \(2\sqrt{x} > 0\). Par conséquent, \( f'(x) > 0 \) sur \( \left] 0 ; +\infty \right[ \).

3. Tableau de variations :

\(x\)
\(0\)
\(+\infty\)
\(f'(x)\)
\(+\)
\(f(x)\)
\(0\)

La fonction \(f\) est strictement croissante sur \( \left[ 0 ; +\infty \right[ \).

Exercice 3 : Comparaison et ordre

Sans utiliser de calculatrice, comparer les nombres suivants en justifiant votre démarche :

  1. \(\sqrt{7}\) et \(2,6\).
  2. \(\sqrt{\dfrac{13}{4}}\) et \(\sqrt{\dfrac{10}{3}}\).

1. Comparaison de \(\sqrt{7}\) et \(2,6\) :
Calculons le carré de \(2,6\) : \(2,6^2 = 6,76\).
On sait que \(6,76 < 7\). Comme la fonction racine carrée est strictement croissante sur \(\left[ 0 ; +\infty \right[\), elle conserve l'ordre des images :
donc \(\sqrt{6,76} < \sqrt{7}\), ce qui signifie que \( 2,6 < \sqrt{7} \).

2. Comparaison de \(\sqrt{\dfrac{13}{4}}\) et \(\sqrt{\dfrac{10}{3}}\) :
Comparons d'abord les radicandes en les mettant au même dénominateur :
\(\dfrac{13}{4} = \dfrac{39}{12}\) et \(\dfrac{10}{3} = \dfrac{40}{12}\).
On a \(\dfrac{39}{12} < \dfrac{40}{12}\), donc \(\dfrac{13}{4} < \dfrac{10}{3}\).
La fonction racine carrée étant strictement croissante sur \(\left[ 0 ; +\infty \right[\) :
donc \( \sqrt{\dfrac{13}{4}} < \sqrt{\dfrac{10}{3}} \).

Exercice 4 : Équations et inéquations

Résoudre dans \(\mathbb{R}\) les équations et inéquations suivantes :

  1. \(\sqrt{x} = 9\)
  2. \(\sqrt{x} = -2\)
  3. \(\sqrt{x} \le 5\)
  4. \(\sqrt{x} > 4\)

1. \(\sqrt{x} = 9\) : Comme \(9 \ge 0\), on élève au carré : \(x = 9^2 = 81\).
L'ensemble des solutions est \( S = \{ 81 \} \).

2. \(\sqrt{x} = -2\) : Une racine carrée est toujours positive ou nulle. L'équation \(\sqrt{x} = -2\) n'a donc pas de solution.
L'ensemble des solutions est \( S = \emptyset \).

3. \(\sqrt{x} \le 5\) : On doit avoir \(x \ge 0\) pour que la racine existe. En élevant au carré, on obtient \(x \le 5^2\), donc \(x \le 25\).
L'ensemble des solutions est \( S = \left[ 0 ; 25 \right] \).

4. \(\sqrt{x} > 4\) : En élevant au carré, on obtient \(x > 4^2\), donc \(x > 16\).
L'ensemble des solutions est \( S = \left] 16 ; +\infty \right[ \).

Exercice 5 : Étude d'équation complexe

Résoudre dans \(\mathbb{R}\) l'équation suivante : \(\sqrt{x} = x\).

On cherche les solutions de \(\sqrt{x} = x\). On doit avoir \(x \ge 0\).
Mettons tout du même côté : donc \(x - \sqrt{x} = 0\).
Remarquons que \(x = \left( \sqrt{x} \right)^2\). On peut donc factoriser par \(\sqrt{x}\) :
donc \(\sqrt{x} \left( \sqrt{x} - 1 \right) = 0\).
Un produit de facteurs est nul si, et seulement si, l'un au moins des facteurs est nul :
donc \(\sqrt{x} = 0\) ou \(\sqrt{x} - 1 = 0\)
donc \(x = 0\) ou \(\sqrt{x} = 1\)
donc \(x = 0\) ou \(x = 1^2 = 1\).
L'ensemble des solutions est \( S = \{ 0 ; 1 \} \).