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Jusqu'au prochain examen le 14–15 novembre 2026 :
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functionsDifficulté : Basefunctionsmonotonicityincreasing
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单调性dāndiàoxìng

monotonie
4 min de lecture
Mis à jour 24 janvier 2025
Complet

Concept fondamental

La monotonie décrit si une fonction est constamment croissante ou constamment décroissante sur un intervalle. Une fonction est dite monotone sur un intervalle si elle y est entièrement croissante ou entièrement décroissante.

Définitions

Fonction croissante (递增函数)

Une fonction ff est croissante sur l'intervalle II si : ∀x1,x2∈I:x1<x2⇒f(x1)<f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) < f(x_2)

De manière équivalente : entrée plus grande → sortie plus grande.

Fonction décroissante (递减函数)

Une fonction ff est décroissante sur l'intervalle II si : ∀x1,x2∈I:x1<x2⇒f(x1)>f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) > f(x_2)

De manière équivalente : entrée plus grande → sortie plus petite.

Monotonie non stricte

  • Non décroissante : x1<x2⇒f(x1)≤f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \leq f(x_2)
  • Non croissante : x1<x2⇒f(x1)≥f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \geq f(x_2)

Méthodes pour déterminer la monotonie

Méthode 1 : Méthode par définition (定义法)

  1. Prendre x1,x2x_1, x_2 quelconques dans l'intervalle avec x1<x2x_1 < x_2
  2. Calculer f(x1)−f(x2)f(x_1) - f(x_2)
  3. Déterminer le signe de la différence :
    • Toujours négatif → croissante
    • Toujours positif → décroissante

Exemple : Prouver que f(x)=x2f(x) = x^2 est croissante sur (0,+∞)(0, +\infty).

Pour 0<x1<x20 < x_1 < x_2 : f(x1)−f(x2)=x12−x22=(x1−x2)(x1+x2)f(x_1) - f(x_2) = x_1^2 - x_2^2 = (x_1 - x_2)(x_1 + x_2)

Puisque x1<x2x_1 < x_2 : (x1−x2)<0(x_1 - x_2) < 0 Puisque x1,x2>0x_1, x_2 > 0 : (x1+x2)>0(x_1 + x_2) > 0

Par conséquent : f(x1)−f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, donc f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

Conclusion : f(x)=x2f(x) = x^2 est croissante sur (0,+∞)(0, +\infty).

Méthode 2 : Méthode par dérivée (导数法)

Pour les fonctions dérivables :

  • f′(x)>0f'(x) > 0 sur l'intervalle II → ff est croissante sur II
  • f′(x)<0f'(x) < 0 sur l'intervalle II → ff est décroissante sur II

Exemple : Trouver les intervalles de monotonie de f(x)=x3−3xf(x) = x^3 - 3x.

f′(x)=3x2−3=3(x2−1)=3(x−1)(x+1)f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2 - 1) = 3(x-1)(x+1)

  • f′(x)>0f'(x) > 0 : lorsque x<−1x < -1 ou x>1x > 1
  • f′(x)<0f'(x) < 0 : lorsque −1<x<1-1 < x < 1

Intervalles de monotonie :

  • Croissante : (−∞,−1)(-\infty, -1) et (1,+∞)(1, +\infty)
  • Décroissante : (−1,1)(-1, 1)

Monotonie des fonctions usuelles

FonctionIntervalle croissantIntervalle décroissant
y=kx+by = kx + b (k>0k > 0)(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)—
y=kx+by = kx + b (k<0k < 0)—(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)
y=x2y = x^2[0,+∞)[0, +\infty)(−∞,0](-\infty, 0]
y=1xy = \dfrac{1}{x}—(−∞,0)(-\infty, 0), (0,+∞)(0, +\infty)
y=xy = \sqrt{x}[0,+∞)[0, +\infty)—
y=axy = a^x (a>1a > 1)(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)—
y=axy = a^x (0<a<10 < a < 1)—(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)

Exercices pratiques CSCA

💡 Remarque : les exercices suivants sont conçus sur la base du programme de l'examen CSCA.

Exemple 1 : niveau élémentaire (difficulté ★★☆☆☆)

Déterminer les intervalles de monotonie de f(x)=−x2+4xf(x) = -x^2 + 4x.

Solution :

f(x)=−(x2−4x)=−(x−2)2+4f(x) = -(x^2 - 4x) = -(x - 2)^2 + 4

C'est une parabole ouverte vers le bas avec sommet en x=2x = 2.

  • Croissante : (−∞,2](-\infty, 2]
  • Décroissante : [2,+∞)[2, +\infty)

Réponse : Croissante sur (−∞,2](-\infty, 2], décroissante sur [2,+∞)[2, +\infty)


Exemple 2 : niveau intermédiaire (difficulté ★★★☆☆)

Prouver que f(x)=xx+1f(x) = \dfrac{x}{x+1} est croissante sur (−1,+∞)(-1, +\infty).

Solution :

Soient −1<x1<x2-1 < x_1 < x_2.

f(x1)−f(x2)=x1x1+1−x2x2+1f(x_1) - f(x_2) = \dfrac{x_1}{x_1+1} - \dfrac{x_2}{x_2+1}

=x1(x2+1)−x2(x1+1)(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1(x_2+1) - x_2(x_1+1)}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1x2+x1−x1x2−x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1x_2 + x_1 - x_1x_2 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1−x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

Puisque x1<x2x_1 < x_2 : numérateur <0< 0 Puisque x1,x2>−1x_1, x_2 > -1 : (x1+1)(x2+1)>0(x_1+1)(x_2+1) > 0

Par conséquent : f(x1)−f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, donc f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

Conclusion : f(x)f(x) est croissante sur (−1,+∞)(-1, +\infty).


Exemple 3 : niveau avancé (difficulté ★★★★☆)

Si f(x)=x2−2ax+1f(x) = x^2 - 2ax + 1 est croissante sur [1,+∞)[1, +\infty), déterminer l'ensemble des valeurs de aa.

Solution :

f(x)=(x−a)2+1−a2f(x) = (x - a)^2 + 1 - a^2

Le sommet se situe en x=ax = a.

Pour que f(x)f(x) soit croissante sur [1,+∞)[1, +\infty), le sommet doit se trouver en x=1x = 1 ou à sa gauche.

Par conséquent : a≤1a \leq 1

Réponse : a≤1a \leq 1, soit (−∞,1](-\infty, 1]

Propriétés des fonctions monotones

1. Règles de composition

ffggf∘gf \circ g
CroissanteCroissanteCroissante
CroissanteDécroissanteDécroissante
DécroissanteCroissanteDécroissante
DécroissanteDécroissanteCroissante

Moyen mnémotechnique : « Même sens → Croissante, Sens contraire → Décroissante » (同增异减)

2. Fonction réciproque

Si ff est strictement monotone, alors f−1f^{-1} existe et possède la même monotonie que ff.

Erreurs courantes

❌ Erreur 1 : Confondre intervalle de monotonie et domaine de définition

Faux : y=1xy = \dfrac{1}{x} est décroissante sur (−∞,+∞)(-\infty, +\infty) ✗

Correct : y=1xy = \dfrac{1}{x} est décroissante sur (−∞,0)(-\infty, 0) ET sur (0,+∞)(0, +\infty) séparément ✓

❌ Erreur 2 : Réunir des intervalles disjoints

Faux : y=1xy = \dfrac{1}{x} est décroissante sur (−∞,0)∪(0,+∞)(-\infty, 0) \cup (0, +\infty) ✗

Correct : Énoncer les intervalles séparément : décroissante sur (−∞,0)(-\infty, 0) et sur (0,+∞)(0, +\infty) ✓

❌ Erreur 3 : Ignorer les conditions aux bornes dans la preuve

Lors de la preuve de la monotonie, s'assurer que x1<x2x_1 < x_2 appartiennent tous deux à l'intervalle spécifié.

Conseils d'étude

  1. ✅ Maîtriser la définition : x1<x2x_1 < x_2 implique quoi pour f(x1)f(x_1) vs f(x2)f(x_2) ?
  2. ✅ Connaître les fonctions usuelles : mémoriser la monotonie des fonctions standard
  3. ✅ Utiliser les dérivées : pour les fonctions complexes, la méthode par dérivée est plus rapide
  4. ✅ Ne jamais réunir des intervalles disjoints : toujours les énoncer séparément

💡 Conseil pour l'examen : pour les fonctions du second degré, toujours déterminer le sommet en premier. La monotonie change au sommet !

Comment l'examen réel l'évalue

Des questions tirées de vraies épreuves CSCA qui portent sur ce terme. Essayez de les résoudre avant d'afficher la réponse.

  1. CSCA Math December 2025 Past Paper
    Which of the following functions is increasing?
    • A.y=log⁡0.5xy=\log_{0.5}x
    • B.y=(13)xy=\left(\frac{1}{3}\right)^x
    • C.y=2x+1y=2x+1
    • D.y=sin⁡xy=\sin x
    Afficher la réponse et la solution

    Réponse : C

    Answer: C y=2x+1y=2x+1 is a linear function with positive slope, so it is increasing. Choose C.
    Voir dans l'épreuve complète CSCA Math December 2025 Past Paper
  2. CSCA Math April 2026 Past Paper
    Which function is decreasing on (−∞,+∞)( - \infty , + \infty ) ?
    • A.y=−x+5y = - x + 5
    • B.y=x3y = x ^ { 3 }
    • C.y=x2+1y = x ^ { 2 } + 1
    • D.y=−1xy = - \frac { 1 } { x }
    Afficher la réponse et la solution

    Réponse : A

    (A) Linear with slope −1<0- 1 < 0, decreasing on all of R✓\mathbb { R } \checkmark. (B) x3x ^ { 3 } is increasing on R\mathbb { R }; (C) parabola is not monotonic; (D) undefined at x=0x = 0, so not on all of R\mathbb { R }; moreover on each piece (−∞,0)( - \infty , 0 ) and (0,+∞)( 0 , + \infty ) it is in fact increasing, since y′=1x2>0y ^ { \prime } = \frac { 1 } { x ^ { 2 } } > 0.
    Faire l'épreuve complète CSCA Math April 2026 Past Paper — chronométrée et notée
  3. CSCA Math June 2026 Past Paper
    Which of the following functions is monotonically decreasing?
    • A.y=e−xy = e^{-x}
    • B.y=x2−1y = x^2 - 1
    • C.y=100xy = 100^x
    • D.y=cos⁡xy = \cos x
    Afficher la réponse et la solution

    Réponse : A

    y=e−x=(1e)xy = e^{-x} = \left( \frac{1}{e} \right)^x with base 1e<1\frac{1}{e} < 1 is monotonically decreasing, so (A) is correct. y=x2−1y = x^2 - 1 decreases on (−∞,0)(-\infty, 0) and increases on (0,+∞)(0, +\infty), so it is not monotonic; y=100xy = 100^x has base greater than 1 and is increasing; y=cos⁡xy = \cos x is periodic and not monotonic on its domain. Choose (A).
    Faire l'épreuve complète CSCA Math June 2026 Past Paper — chronométrée et notée

Practice Exercises

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