Fonction exponentielle

Pour se tester avant d'attaquer la partie se préparer aux contrôles - Exercice 1

20 min
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Question 1
Soit hh la fonction définie sur [0;+[\left[0 ;+\infty \right[ par h(x)=(x1)ex+1h\left(x\right)=\left(x-1\right)e^{x} +1

Etudier les variations de hh.

Correction
Soit h(x)=(x1)ex+1h\left(x\right)=\left(x-1\right)e^{x} +1
hh est dérivable sur [0;+[\left[0 ;+\infty \right[
Ici on reconnaît la forme (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=x1u\left(x\right)=x-1 et v(x)=exv\left(x\right)=e^{x} .
On note w(x)=1w\left(x\right)=1
Ainsi : u(x)=1u'\left(x\right)=1 et v(x)=exv'\left(x\right)=e^{x} , enfin w(x)=0w'\left(x\right)=0
Il vient alors que :
h(x)=ex+(x1)exh'\left(x\right)=e^{x} +\left(x-1\right)e^{x}
h(x)=ex+x×ex+(1)×exh'\left(x\right)=e^{x} +x\times e^{x} +\left(-1\right)\times e^{x}
h(x)=ex+xexexh'\left(x\right)=e^{x} +xe^{x} -e^{x}
Ainsi :
h(x)=xexh'\left(x\right)=xe^{x}

Pour tout réel x0x\ge 0, on a ex>0e^{x} >0 et x0x\ge0.
De plus : h(0)=(01)e0+1=0h\left(0\right)=\left(0-1\right)e^{0} +1=0
On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 2

En déduire le signe de hh sur l'intervalle [0;+[\left[0 ;+\infty \right[ .

Correction
D'après le tableau de variation obtenue à la question 11 :
On vérifie aisément que le minimum de hh vaut 00 lorsque x=0x=0.
Cela signifie donc que , pour tout réel x[0;+[x\in\left[0 ;+\infty \right[, on a : h(x)0h\left(x\right)\ge 0 .
Question 3
Soit gg la fonction définie sur ]0;+[\left]0 ;+\infty \right[ par g(x)=ex1xg\left(x\right)=\frac{e^{x}-1}{x}

Vérifier que g(x)=h(x)x2g'\left(x\right)=\frac{h\left(x\right)}{x^{2} } .

Correction
Soit g(x)=ex1xg\left(x\right)=\frac{e^{x}-1}{x}
gg est dérivable sur ]0;+[\left]0 ;+\infty \right[
Ici on reconnaît la forme (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} } avec u(x)=ex1u\left(x\right)=e^{x}-1 et v(x)=xv\left(x\right)=x.
Ainsi u(x)=exu'\left(x\right)=e^{x} et v(x)=1v'\left(x\right)=1.
Il vient alors que
g(x)=ex×x(ex1)×1x2g'\left(x\right)=\frac{e^{x} \times x-\left(e^{x} -1\right)\times 1}{x^{2} }
g(x)=xexex+1x2g'\left(x\right)=\frac{xe^{x} -e^{x} +1}{x^{2} }
g(x)=ex(x1)+1x2g'\left(x\right)=\frac{e^{x} \left(x-1\right)+1}{x^{2} }
g(x)=h(x)x2g'\left(x\right)=\frac{h\left(x\right)}{x^{2} }
Question 4

En déduire le tableau de variation de gg sur ]0;+[\left]0 ;+\infty \right[ .

Correction
D'après la question précédente, nous savons que : g(x)=h(x)x2g'\left(x\right)=\frac{h\left(x\right)}{x^{2} }
Pour tout réel x>0x> 0, on vérifie aisément que x2>0x^{2}>0 . Le signe de gg' dépend alors de son numérateur h(x)h\left(x\right) .
D'après la question 22, nous avons montré que pour tout réel x[0;+[x\in\left[0 ;+\infty \right[, on a : h(x)0h\left(x\right)\ge 0 .
Il en résulte donc que :