Dérivation

Déterminer les extrema d'une fonction - Exercice 2

30 min
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Question 1
On considère la fonction ff définie sur [3;2]\left[-3;2\right] par f(x)=x3+32x26x+2f\left(x\right)=x^{3}+\frac{3}{2}x^{2}-6x+2 .

Donner l'expression de sa fonction dérivée notée ff' .

Correction
  • La dérivée d'un nombre{\color{blue}nombre} est 0.{\color{blue}0} .
  • La dérivée d'un nombre×x{\color{blue}nombre\times x} est nombre.{\color{blue}nombre} .
  • La dérivée de x2{\color{blue}x^{2}} est 2x.{\color{blue}2x} .
  • La dérivée d'un nombre×x2{\color{blue}nombre\times x^{2}} est nombre×2x.{\color{blue}nombre\times2x} .
  • La dérivée d'un x3{\color{blue}x^{3}} est 3x2.{\color{blue}3x^{2}} .
  • La dérivée d'un nombre×x3{\color{blue}nombre\times x^{3}} est nombre×3x2.{\color{blue}nombre\times3x^{2}} .
  • Soit f(x)=x3+32x26x+2f\left(x\right)=x^{3}+\frac{3}{2}x^{2}-6x+2, il vient alors que :
    f(x)=3x2+32×2x6f'\left(x\right)=3x^{2}+\frac{3}{2}\times2x-6
    Ainsi :
    f(x)=3x2+3x6f'\left(x\right)=3x^{2}+3x-6
    Question 2

    Montrer que pour tout réel x[3;2]x\in \left[-3;2\right], on a : f(x)=3(x1)(x+2)f'\left(x\right)=3\left(x-1\right)\left(x+2\right)

    Correction
    D'après la question 11, nous savons que : f(x)=3x2+3x6f'\left(x\right)=3x^{2}+3x-6 .
    Nous allons développer l'expression donnée 3(x1)(x+2)3\left(x-1\right)\left(x+2\right) et il faudra obtenir la forme développée 3x2+3x63x^{2}+3x-6 .
    Ce qui nous donne :
    3(x1)(x+2)=3(x×x+x×2+(1)×x+(1)×2)3\left(x-1\right)\left(x+2\right)=3\left(x\times x +x\times 2+\left(-1\right)\times x+\left(-1\right)\times 2\right)
    3(x1)(x+2)=3(x2+2xx2)3\left(x-1\right)\left(x+2\right)=3\left(x^{2} +2x-x-2\right)
    3(x1)(x+2)=3(x2+x2)3\left(x-1\right)\left(x+2\right)=3\left(x^{2} +x-2\right)
    3(x1)(x+2)=3×x2+3×x+3×(2)3\left(x-1\right)\left(x+2\right)=3\times x^{2} +3\times x +3\times \left(-2\right)
    3(x1)(x+2)=3x2+3x63\left(x-1\right)\left(x+2\right)=3x^{2}+3x-6
    Il en résult donc que pour tout réel x[3;2]x\in \left[-3;2\right], on a : f(x)=3(x1)(x+2)f'\left(x\right)=3\left(x-1\right)\left(x+2\right)
    Question 3

    Etudier le signe de f(x)f'\left(x\right) sur l'intervalle [3;2]\left[-3;2\right] .

    Correction
    Pour étudier le signe d'un produit :
    • On étudie le signe de chaque facteur.
    • On regroupe dans un tableau le signe de chaque facteur. La première ligne du tableau contenant les valeurs, rangées dans l'ordre croissant, qui annulent chacun des facteurs.
    • On utilise la règle des signes pour remplir la dernière ligne
    En italique ce sont des phrases explicatives qui ne doivent pas apparaitre sur vos copies, elles servent juste à vous expliquer le raisonnement.
  • D’une part :\red{\text{D'une part :}}
  • x1=0x=1x-1=0\Leftrightarrow x=1
    Soit xx1x\mapsto x-1 est une fonction affine croissante car son coefficient directeur a=1>0a=1>0. (Cela signifie que la fonction MONTE donc on commencera dans la ligne x1x-1 par le signe ()\left(-\right) et dès que l'on dépasse la valeur x=1x=1 on mettra le signe (+)\left(+\right) dans le tableau de signe.)
  • D’autre part :\red{\text{D'autre part :}}
  • x+2=0x=2x+2=0\Leftrightarrow x=-2
    Soit xx+2x\mapsto x+2 est une fonction affine croissante car son coefficient directeur a=1>0a=1>0. (Cela signifie que la fonction MONTE donc on commencera dans la ligne x+2x+2 par le signe ()\left(-\right) et dès que l'on dépasse la valeur x=2x=-2 on mettra le signe (+)\left(+\right) dans le tableau de signe.)
    Enfin :\red{\text{Enfin :}} 33 est strictement positif. On mettra que le signe (+)\left(+\right) dans la ligne de 33.
    Le tableau du signe du produit (ici il s'agit de ff') est donné ci-dessous :
    Question 4

    Dresser alors le tableau de variation de la fonction ff sur l'intervalle [3;2]\left[-3;2\right] .

    Correction
      Soit ff une fonction dérivable sur un intervalle II et aa un réel de II .
    • Si ff' s'annule en changeant de signe en aa, alors ff admet un extremum local en aa .
    Question 5

    La fonction ff admet t-elle des extrema ? Si oui, les préciser.

    Correction
      Soit ff une fonction dérivable sur un intervalle II et aa un réel de II .
    • Si ff' s'annule en changeant de signe en aa, alors ff admet un extremum local en aa .
    D'après le tableau ci-dessus :
  • ff' s'annule en changeant de signe en 2-2 donc ff admet un extremum local\text{\red{extremum local}}. Il s’agit, dans cette situation, d'un maximum
  • ff' s'annule en changeant de signe en 11 donc ff admet un extremum local\text{\red{extremum local}}. Il s’agit, dans cette situation, d'un minimum
  • De plus :
  • Le maximum de ff sur [3,2]\left[-3,2\right] est atteint en x=2x=-2 et a pour valeur 1212 .
  • Le minimum de ff sur [3,2]\left[-3,2\right] est atteint en x=1x=1 et a pour valeur 32-\frac{3}{2} .
  • Question 6

    Déterminer l'équation de la tangente à la courbe ff au point AA d'abscisse 00 .

    Correction
    L'équation de la tangente au point d'abscisse aa s'écrit y=f(a)(xa)+f(a)y=f'\left(a\right)\left(x-a\right)+f\left(a\right).
    Ici a=0a=0, ce qui donne, y=f(0)(x0)+f(0)y=f'\left(0\right)\left(x-0\right)+f\left(0\right).
    1ère étape : calculer la dérivée de ff
    D'après la question 11, nous savons que : f(x)=3x2+3x6f'\left(x\right)=3x^{2}+3x-6
    2ème étape : calculer f(0)f\left(0\right)
    f(0)=03+32×026×0+2f\left(0\right)=0^{3}+\frac{3}{2}\times 0^{2}-6\times 0+2
    f(0)=2f\left(0\right)=2
    3ème étape : calculer f(0)f'\left(0\right)
    f(0)=3×02+3×06f'\left(0\right)=3\times 0^{2}+3\times 0-6
    f(0)=6f'\left(0\right)=-6
    4ème étape : on remplace les valeurs de f(0)f\left(0\right) et de f(0)f'\left(0\right) dans la formule de l'équation de tangente.
    On sait que :
    y=f(0)(x0)+f(0)y=f'\left(0\right)\left(x-0\right)+f\left(0\right)
    y=(6)×(x0)+2y=\left(-6\right)\times \left(x-0\right)+2
    y=(6)×x+2y=\left(-6\right)\times x+2
    y=6x+2y=-6x+2
    Ainsi l'équation de la tangente à la courbe CfC_{f} au point AA d'abscisse 00 est alors y=6x+2y=-6x+2.