Applications de la dérivation

Exercices types : 44ème partie - Exercice 1

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Question 1

Soit ff la fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=23x3x2+4x+13f\left(x\right)=-\frac{2}{3} x^{3} -x^{2} +4x+\frac{1}{3} .
Trouver un encadrement de la fonction ff pour x[3;3]x\in \left[-3;3\right] .

Correction
Pour répondre à la question, nous allons dresser le tableau de variation complet de la fonction ff.
ff est dérivable sur R\mathbb{R}. Il vient alors que :
f(x)=23×3x22x+4f'\left(x\right)=-\frac{2}{3} \times 3x^{2} -2x+4
f(x)=2x22x+4f'\left(x\right)=-2x^{2} -2x+4
Ici la dérivée est une fonction du 22ème degré.
Pour l'étude du signe de 2x22x+4-2x^{2} -2x+4, on va utiliser le discriminant.
Alors a=2a=-2; b=2b=-2 et c=4c=4.
Or Δ=b24ac\Delta =b^{2} -4ac donc Δ=(2)24×(2)×4=36\Delta =\left(-2\right)^{2} -4\times \left(-2\right)\times 4=36.
Il existe donc deux racines réelles distinctes.
  • x1=bΔ2ax_{1} =\frac{-b-\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x1=1x_{1} =1.
  • x2=b+Δ2ax_{2} =\frac{-b+\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x2=2x_{2} =-2.
Comme a=2<0a=-2<0, la parabole est tournée vers le bas c'est-à-dire que ff est du signe de aa à l'extérieur des racines et du signe opposé à aa entre les racines.
On en déduit le tableau de variation suivant :
Nous allons détailler les valeurs obtenues dans le tableau de variation :
  • f(3)=23×(3)3(3)2+4×(3)+13f\left(-3\right)=-\frac{2}{3}\times \left(-3\right)^{3} -\left(-3\right)^{2} +4\times \left(-3\right)+\frac{1}{3} ce qui donne f(3)=83f\left(-3\right)=-\frac{8}{3}
  • f(2)=23×(2)3(2)2+4×(2)+13f\left(-2\right)=-\frac{2}{3}\times \left(-2\right)^{3} -\left(-2\right)^{2} +4\times \left(-2\right)+\frac{1}{3} ce qui donne f(2)=193f\left(-2\right)=-\frac{19}{3}
  • f(1)=23×1312+4×1+13f\left(1\right)=-\frac{2}{3}\times 1^{3} -1^{2} +4\times 1+\frac{1}{3} ce qui donne f(1)=83f\left(1\right)=\frac{8}{3}
  • f(3)=23×3332+4×3+13f\left(3\right)=-\frac{2}{3}\times 3^{3} -3^{2} +4\times 3+\frac{1}{3} ce qui donne f(3)=443f\left(3\right)=-\frac{44}{3}
  • Pour trouver un encadrement de la fonction ff pour x[3;3]x\in \left[-3;3\right] , nous allons nous aider du tableau de variation . Il nous faut déterminer le minimum et le maximum de ff .
    Le minimum de ff vaut 443{\color{blue}-\frac{44}{3}} lorsque x=3x=3 .
    Le minimum de ff vaut 83{\color{red}\frac{8}{3}} lorsque x=1x=1 .
    Il en résulte donc que pour tout réel x[3;3]x\in \left[-3;3\right] , on a :
    443f(x)83-\frac{44}{3} \le f\left(x\right)\le \frac{8}{3}