Des degrés Celsius aux degrés Fahrenheit
Complète le tableau suivant et détermine l’expression analytique de la fonction f(x) donnant la température exprimée en degrés Fahrenheit en fonction de la même température exprimée en degrés Celsius.
| Degrés Celsius°C | −20 | −10 | 0 | 10 | 40 | 80 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Degrés Fahrenheit°F | −4 | 14 | 32 | 50 | 104 | 176 | 212 |
Le raisonnement
- On cherche une fonction affine. Les deux échelles sont régulières : des écarts égaux en degrés Celsius correspondent à des écarts égaux en degrés Fahrenheit. On écrit donc f(x) = ax + b.
- On utilise la température de fusion de la glace. Elle correspond à 0 °C et à 32 °F. Ainsi, f(0) = 32, donc b = 32.
- On calcule le coefficient directeur. L’eau bout à 100 °C, soit 212 °F. L’augmentation de 100 °C correspond à une augmentation de 180 °F.a = (212 − 32) / (100 − 0) = 180 / 100 = 9 / 5 = 1,8.
- On obtient la formule f(x) = 1,8x + 32, puis on remplace x par chaque valeur du tableau. Par exemple : f(−20) = 1,8 × (−20) + 32 = −4 ; f(40) = 72 + 32 = 104.
- On vérifie les deux températures de référence : f(0) = 32 et f(100) = 212. Elles correspondent bien à l’énoncé.
Des degrés Fahrenheit aux degrés Celsius
Complète le tableau suivant et détermine l’expression analytique de la fonction g(x) donnant la température exprimée en degrés Celsius en fonction de la même température exprimée en degrés Fahrenheit.
| Degrés Fahrenheit°F | −40 | 0 | 14 | 32 | 68 | 140 | 212 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Degrés Celsius°C | −40 | −1609 | −10 | 0 | 20 | 60 | 100 |
Pour 0 °F : −160/9 °C ≈ −17,78 °C, arrondi au centième.
Le raisonnement
- On part de la conversion obtenue en a. En notant C la température en Celsius et F celle en Fahrenheit : F = (9/5)C + 32.
- On soustrait 32 aux deux membres : F − 32 = (9/5)C.
- On multiplie les deux membres par 5/9 pour isoler C : C = (5/9)(F − 32). Avec x en Fahrenheit, on obtient g(x) = (5/9)(x − 32).
- On complète le tableau. Par exemple, g(68) = (5/9) × 36 = 20. Pour 0 °F, g(0) = −160/9 ≈ −17,78 : la fraction est exacte, la valeur décimale est arrondie.
- On vérifie que la conversion inverse retrouve la température de départ. Par exemple, f(20) = 68 puis g(68) = 20. Plus généralement, g(f(x)) = (5/9)((9/5)x + 32 − 32) = x : g est la fonction réciproque de f.
Les deux fonctions dans un même repère
Dans un même repère orthonormé, réalise les graphes des fonctions f(x) et g(x) obtenues.
Repère orthonormé · un petit carreau représente 10 unités sur chaque axe.
Les deux droites sont symétriques par rapport à y = x et se coupent en (−40 ; −40). Pour f, x est en °C et y en °F ; pour g, les unités sont inversées.
Le raisonnement
- On utilise la même échelle sur les deux axes : ici, 10 unités par petit carreau. C’est indispensable pour représenter correctement la symétrie orthogonale par rapport à la droite y = x.
- On trace la droite de f. On place (0 ; 32) et (100 ; 212), puis on trace la droite qui passe par ces deux points.
- On trace la droite de g. On place les points (32 ; 0) et (212 ; 100), puis on les relie par une droite. Les coordonnées sont échangées par rapport aux points de f.
- On ajoute la droite y = x en pointillés. Chaque point (a ; b) de f a pour symétrique le point (b ; a) de g : les deux graphes sont donc symétriques par rapport à cette droite.
- On repère leur intersection. En résolvant (9/5)x + 32 = (5/9)(x − 32), on obtient 81x + 1440 = 25x − 800, puis 56x = −2240, donc x = −40. Les deux fonctions valent alors −40 : −40 °C et −40 °F représentent la même température.