Fonction exponentielle

Exercices types : 22ème partie - Exercice 1

15 min
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Soit gg la fonction définie sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[ par g(x)=(x+1)e2x+3g\left(x\right)=\left(-x+1\right)e^{2x} +3
Question 1

Etudiez les variations de gg.

Correction
Soit g(x)=(x+1)e2x+3g\left(x\right)=\left(-x+1\right)e^{2x} +3.
gg est dérivable sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[
Ici on reconnaît la forme (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=x+1u\left(x\right)=-x+1 et v(x)=e2xv\left(x\right)=e^{2x} .
On note w(x)=3w\left(x\right)=3
Ainsi : u(x)=1u'\left(x\right)=-1 et v(x)=2e2xv'\left(x\right)=2e^{2x} , enfin w(x)=0w'\left(x\right)=0
Il vient alors que :
g(x)=e2x+(x+1)(2e2x)g'\left(x\right)=-e^{2x} +\left(-x+1\right)\left(2e^{2x} \right)
g(x)=e2x+(x)×2e2x+1×2e2xg'\left(x\right)=-e^{2x} +\left(-x\right)\times 2e^{2x} +1\times 2e^{2x}
g(x)=e2x2xe2x+2e2xg'\left(x\right)=-e^{2x} -2xe^{2x} +2e^{2x}
g(x)=2xe2x+e2xg'\left(x\right)=-2x{\color{blue}{e^{2x}}} +{\color{blue}{e^{2x}}}
Ainsi :
g(x)=e2x(2x+1)g'\left(x\right)={\color{blue}{e^{2x}}} \left(-2x+1\right)

Pour tout réel xx, on a e2x>0e^{2x} >0.
2x+102x1x12x12-2x+1\ge 0\Leftrightarrow -2x\ge -1\Leftrightarrow x{\color{red}\le} \frac{-1}{-2} \Leftrightarrow x\le \frac{1}{2}
Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 2x+1-2x+1 lorsque xx sera inférieur ou égale à 12\frac{1}{2}.
Il en résulte donc que :
  • si x];12]x\in\left]-\infty;\frac{1}{2}\right] alors g(x)0g'\left(x\right)\ge0 et donc gg est croissante sur cet intervalle.
  • si x[12;+[x\in\left[\frac{1}{2};+\infty\right[ alors g(x)0g'\left(x\right)\le0 et donc gg est décroissante sur cet intervalle.
Nous traduisons toutes ces informations dans le tableau de variation ci-dessous :
De plus : g(12)=12e+3g\left(\frac{1}{2} \right)=\frac{1}{2} e+3
Question 2
Soit ff la fonction définie sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[ par f(x)=(x+32)e2x+6x1f\left(x\right)=\left(-x+\frac{3}{2} \right)e^{2x} +6x-1 .

Démontrer que, pour tout réel xx, f(x)=2g(x)f'\left(x\right)=2g\left(x\right).

Correction
Soit f(x)=(x+32)e2x+6x1f\left(x\right)=\left(-x+\frac{3}{2} \right)e^{2x} +6x-1 .
ff est dérivable sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[ .
Ici on reconnaît la forme (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=x+32u\left(x\right)=-x+\frac{3}{2} et v(x)=e2xv\left(x\right)=e^{2x} .
On note w(x)=6x1w\left(x\right)=6x-1 . Ainsi u(x)=1u'\left(x\right)=-1 et v(x)=2e2xv'\left(x\right)=2e^{2x} , enfin w(x)=6w'\left(x\right)=6
Il vient alors que :
f(x)=e2x+(x+32)(2e2x)+6f(x)=e2x(1+2(x+32))+6f'\left(x\right)=-e^{2x} +\left(-x+\frac{3}{2} \right)\left(2e^{2x} \right)+6\Leftrightarrow f'\left(x\right)=e^{2x} \left(-1+2\left(-x+\frac{3}{2} \right)\right)+6
Ainsi : f(x)=e2x(2x+2)+6f'\left(x\right)=e^{2x} \left(-2x+2\right)+6.
On va maintenant factoriser ff'par 22.
On obtient :
f(x)=2e2x(x+1)+3×2f(x)=2[e2x(x+1)+3]f'\left(x\right)={\color{blue}{2}}e^{2x} \left(-x+1\right)+3\times {\color{blue}{2}}\Leftrightarrow f'\left(x\right)={\color{blue}{2}}\left[e^{2x} \left(-x+1\right)+3\right]
Il en résulte que :
f(x)=2g(x)f'\left(x\right)={\color{blue}{2}}g\left(x\right)