Position relative entre une courbe et sa tangente - Exercice 2
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Question 1
On considère la fonction f définie et dérivable sur ]−∞;−2[∪]−2;+∞[ par f(x)=x+2x2. On note Cf sa courbe représentative.
Calculer la dérivée de f notée f′.
Correction
f est dérivable sur ]−∞;−2[∪]−2;+∞[. On reconnaît la forme (vu)′=v2u′v−uv′ avec u(x)=x2 et v(x)=x+2 Ainsi : u′(x)=2x et v′(x)=1. Il vient alors que : f′(x)=(x+2)22x×(x+2)−x2×1 f′(x)=(x+2)22x2+4x−x2
f′(x)=(x+2)2x2+4x
Question 2
Déterminer l'équation réduite de la tangente T à la courbe Cf au point d'abscisse −1.
Correction
L'équation de la tangente au point d'abscisse a s'écrit y=f′(a)(x−a)+f(a).
Ici a=−1, ce qui donne, y=f′(−1)(x−(−1))+f(−1), soit y=f′(−1)(x+1)+f(−1) On connaît la dérivée de f qui est f′(x)=(x+2)2x2+4x
Calculons f(−1) :
f(−1)=−1+2(−1)2
f(−1)=1
Calculons f′(−1) :
f′(−1)=(−1+2)2(−1)2+4×(−1) f′(−1)=11−4
f′(−1)=−3
On remplace les valeurs de f(−1) et de f′(−1) dans la formule de l'équation de tangente. On sait que : y=f′(−1)(x+1)+f(−1) y=−3×(x+1)+1 y=−3x−3+1 Ainsi l'équation de la tangente à la courbe Cf au point d'abscisse −1 est alors
y=−3x−2
Question 3
Montrer que f(x)−(−3x−2)=x+24x2+8x+4 pour tout réel x différent de −2.
Correction
f(x)−(−3x−2)=x+2x2−(−3x−2) équivaut successivement à : f(x)−(−3x−2)=x+2x2+3x+2 f(x)−(−3x−2)=x+2x2+x+2(3x+2)(x+2) f(x)−(−3x−2)=x+2x2+(3x+2)(x+2) f(x)−(−3x−2)=x+2x2+3x2+6x+2x+4
f(x)−(−3x−2)=x+24x2+8x+4
Question 4
En déduire la position relative de la courbe Cf et de la tangente T sur ]−∞;−2[∪]−2;+∞[, en justifiant.
Correction
Pour étudier la position relative de la courbe Cf et de la tangente T, il nous faut alors étudier le signe de f(x)−(−3x−2). D'après la question 3, cela revient à étudier le signe de x+24x2+8x+4. x+2≥0⇔x≥−2. Maintenant , pour étudier le signe de 4x2+8x+4, nous allons étudier le discriminant. Δ=b2−4ac ainsi : Δ=0 Comme Δ=0 alors l'équation admet une racine double réelle notée x0 telle que : x0=2a−b ainsi x0=2×4−8 d'où x0=−1
Comme a>0, la parabole est tourné vers le haut c'est-à-dire que f est du signe de a et ne s'annule exactement qu'une seule fois au point d'abscisse x0.
Nous allons maintenant donner ci-dessous le tableau de signe de f(x)−(−3x−2).
La position relative entre deux courbes étudie les intervalles sur lesquelles une des courbes est supérieure à l'autre. Pour étudier la position relative entre Cf et T, il faut étudier le signe de f(x)−y.
Si f(x)>y sur un intervalle [a;b] alors la courbe représentative de Cf est au-dessus de T sur [a;b].
Si f(x)<y sur un intervalle [a;b] alors la courbe représentative de Cf est en dessous de T sur [a;b].
Si f(x)=y en un point α de l'intervalle [a;b] alors la courbe représentative de Cf et T ont un point en commun en α.
Interprétation géométrique :
Si x∈]−∞;−2[ alors f(x)−y<0 soit f(x)<y. Il en résulte que la courbe Cf est en dessous de la tangente T.
Si x∈]−2;−1[∪]−1;+∞[ alors f(x)−y>0 soit f(x)>y. Il en résulte que la courbe Cf est au-dessus de la tangente T.
Si x=−1 alors f(x)−y=0 soit f(x)=y alors la courbe Cf et la tangente T sont sécantes.
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