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functions难度:基础functionsrangedomain
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值域zhíyù

ensemble image
4 分钟阅读
更新于 2025-01-24
已完成

Concept fondamental

L'ensemble image (ou image) d'une fonction ff est l'ensemble de toutes les valeurs de sortie possibles (valeurs de y) que la fonction peut produire.

Définition mathématique

Im(f)={yy=f(x) pour un certain xDom(f)}\text{Im}(f) = \{y \mid y = f(x) \text{ pour un certain } x \in \text{Dom}(f)\}

L'ensemble image est aussi appelé le codomaine image ou simplement l'image de la fonction.

Ensemble de définition vs. Ensemble image

ConceptSymboleDescription
Ensemble de définitionDfD_fEnsemble de toutes les valeurs d'entrée valides (x)
Ensemble imageRfR_fEnsemble de toutes les valeurs de sortie (y)

Relation clé : L'ensemble image dépend à la fois de la règle de la fonction ET de l'ensemble de définition.

Méthodes pour déterminer l'ensemble image

Méthode 1 : Analyse directe (观察法)

Pour les fonctions simples, analyser directement le comportement.

Exemple : f(x)=x2f(x) = x^2, xRx \in \mathbb{R}

Puisque x20x^2 \geq 0 pour tout réel xx, et x2x^2 peut être arbitrairement grand :

Ensemble image : [0,+)[0, +\infty)

Méthode 2 : Méthode de la fonction réciproque (反函数法)

  1. Écrire y=f(x)y = f(x)
  2. Résoudre xx en fonction de yy
  3. Trouver les valeurs de yy pour lesquelles xx est défini

Exemple : f(x)=2x+1x1f(x) = \dfrac{2x + 1}{x - 1}, x1x \neq 1

Posons y=2x+1x1y = \dfrac{2x + 1}{x - 1}

Résolvons pour xx : y(x1)=2x+1y(x - 1) = 2x + 1 xyy=2x+1xy - y = 2x + 1 xy2x=y+1xy - 2x = y + 1 x(y2)=y+1x(y - 2) = y + 1 x=y+1y2x = \dfrac{y + 1}{y - 2}

Pour que xx existe, il faut y2y \neq 2.

Ensemble image : {yy2}=(,2)(2,+)\{y \mid y \neq 2\} = (-\infty, 2) \cup (2, +\infty)

Méthode 3 : Méthode de la monotonie (单调性法)

Utiliser la monotonie de la fonction pour déduire l'ensemble image à partir de l'ensemble de définition.

Exemple : f(x)=2xf(x) = 2^x, x[1,2]x \in [-1, 2]

Puisque f(x)=2xf(x) = 2^x est strictement croissante :

  • Minimum : f(1)=21=12f(-1) = 2^{-1} = \dfrac{1}{2}
  • Maximum : f(2)=22=4f(2) = 2^2 = 4

Ensemble image : [12,4][\dfrac{1}{2}, 4]

Méthode 4 : Complétion du carré (配方法)

Pour les fonctions quadratiques f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2 + bx + c.

Exemple : f(x)=x24x+5f(x) = x^2 - 4x + 5, xRx \in \mathbb{R}

Complétion du carré : f(x)=(x2)2+1f(x) = (x - 2)^2 + 1

Puisque (x2)20(x - 2)^2 \geq 0, le minimum est 1 en x=2x = 2.

Ensemble image : [1,+)[1, +\infty)

Méthode 5 : Substitution (换元法)

Exemple : f(x)=x+x1f(x) = x + \sqrt{x - 1}, x1x \geq 1

Posons t=x1t = \sqrt{x - 1}, où t0t \geq 0

Alors x=t2+1x = t^2 + 1, donc : f=t2+1+t=t2+t+1=(t+12)2+34f = t^2 + 1 + t = t^2 + t + 1 = (t + \dfrac{1}{2})^2 + \dfrac{3}{4}

Puisque t0t \geq 0, le minimum est atteint en t=0t = 0 : fmin=0+0+1=1f_{\min} = 0 + 0 + 1 = 1

Ensemble image : [1,+)[1, +\infty)

Exercices pratiques CSCA

💡 Note : Les exercices suivants sont conçus selon le programme de l'examen CSCA.

Exemple 1 : Basique (Difficulté ★★☆☆☆)

Déterminer l'ensemble image de f(x)=3x2f(x) = 3x - 2, x[0,4]x \in [0, 4].

Solution : La fonction linéaire est strictement croissante.

  • En x=0x = 0 : f(0)=2f(0) = -2
  • En x=4x = 4 : f(4)=10f(4) = 10

Réponse : [2,10][-2, 10]


Exemple 2 : Intermédiaire (Difficulté ★★★☆☆)

Déterminer l'ensemble image de f(x)=x22x+3f(x) = x^2 - 2x + 3, x[1,2]x \in [-1, 2].

Solution :

Complétion du carré : f(x)=(x1)2+2f(x) = (x - 1)^2 + 2

Sommet en x=1x = 1 (dans l'ensemble de définition), minimum = 2

Vérification des extrémités :

  • f(1)=1+2+3=6f(-1) = 1 + 2 + 3 = 6
  • f(2)=44+3=3f(2) = 4 - 4 + 3 = 3

Réponse : [2,6][2, 6]


Exemple 3 : Avancé (Difficulté ★★★★☆)

Déterminer l'ensemble image de f(x)=x2+1x2+2f(x) = \dfrac{x^2 + 1}{x^2 + 2}, xRx \in \mathbb{R}.

Solution :

Posons y=x2+1x2+2y = \dfrac{x^2 + 1}{x^2 + 2}

Multiplication croisée : y(x2+2)=x2+1y(x^2 + 2) = x^2 + 1

yx2+2y=x2+1yx^2 + 2y = x^2 + 1

x2(y1)=12yx^2(y - 1) = 1 - 2y

x2=12yy1x^2 = \dfrac{1 - 2y}{y - 1}

Pour que xx soit réel, il faut x20x^2 \geq 0 : 12yy10\dfrac{1 - 2y}{y - 1} \geq 0

Il faut que (12y)(1 - 2y) et (y1)(y - 1) soient de même signe.

  • Cas 1 : Les deux positifs : y<12y < \dfrac{1}{2} et y>1y > 1 → impossible
  • Cas 2 : Les deux négatifs : y>12y > \dfrac{1}{2} et y<1y < 112<y<1\dfrac{1}{2} < y < 1

De plus, quand x2+x^2 \to +\infty, y1y \to 1 (sans jamais atteindre 1). En x=0x = 0 : y=12y = \dfrac{1}{2} (atteignable).

Réponse : [12,1)[\dfrac{1}{2}, 1)

Erreurs courantes

❌ Erreur 1 : Ignorer les restrictions de l'ensemble de définition

Faux : L'ensemble image de f(x)=xf(x) = \sqrt{x} est R\mathbb{R}

Correct : L'ensemble image de f(x)=xf(x) = \sqrt{x} est [0,+)[0, +\infty)

❌ Erreur 2 : Mauvaise méthode pour un ensemble de définition borné

Faux : Pour f(x)=x2f(x) = x^2, x[1,3]x \in [1, 3], l'ensemble image est [0,9][0, 9]

Correct : L'ensemble image est [1,9][1, 9] (minimum en x=1x = 1, pas en x=0x = 0) ✓

❌ Erreur 3 : Oublier de vérifier les extrémités

Toujours vérifier les valeurs de la fonction aux bornes de l'ensemble de définition.

Conseils d'étude

  1. Identifier d'abord le type de fonction : Linéaire, quadratique, rationnelle, etc.
  2. Vérifier si l'ensemble de définition est borné : Utiliser la monotonie si borné
  3. Pour les quadratiques, localiser le sommet : Est-il dans l'ensemble de définition ?
  4. Pour les fractions, utiliser la méthode réciproque : Résoudre xx en fonction de yy

💡 Conseil d'examen : Pour les ensembles de définition bornés, toujours vérifier à la fois le sommet (pour les quadratiques) ET les extrémités !

Practice Exercises

Practice to reinforce your understanding