La fonction exponentielle

Exercice 1 - Exercice 1

1 min
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Pour chacune des propositions suivantes, dire si elle est vraie ou fausse en justifiant la réponse.
Question 1

Soit ff une fonction définie sur [0,π]\left[0,\pi \right] par f(x)=e2xcos(x)f\left(x\right)=e^{-2x} \cos \left(x\right).
Proposition : « f(x)=e2x(2sin(x)+cos(x))f'\left(x\right)=e^{-2x} \left(-2\sin \left(x\right)+\cos \left(x\right)\right) » .

Correction
La proposition est fausse.
ff est dérivable sur [0,π]\left[0,\pi \right].
On reconnaît la forme : (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=e2xu\left(x\right)=e^{-2x} et v(x)=cos(x)v\left(x\right)=\cos \left(x\right).
Ainsi u(x)=2e2xu'\left(x\right)=-2e^{-2x} et v(x)=sin(x)v'\left(x\right)=-\sin \left(x\right).
Il vient alors que :
f(x)=2e2x×cos(x)+e2x×(sin(x))f'\left(x\right)=-2e^{-2x} \times \cos \left(x\right)+e^{-2x} \times \left(-\sin \left(x\right)\right)
f(x)=e2x(2cos(x)sin(x))f'\left(x\right)=e^{-2x} \left(-2\cos \left(x\right)-\sin \left(x\right)\right)
Question 2

Soit ff une fonction définie sur ]1;+[\left]-1;+\infty \right[ par f(x)=e2xx+1f\left(x\right)=\frac{e^{-2x} }{x+1} .
Proposition : « ff admet deux asymptotes ».

Correction
La proposition est vraie.
D'une part : calculons : limx+f(x)\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)
limx+f(x)=limx+e2xx+1\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)=\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{e^{-2x} }{x+1} équivaut successivement à :
limx+f(x)=limx+1(x+1)e2x\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)=\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{1}{\left(x+1\right)e^{2x} } car e2x=1e2xe^{-2x} =\frac{1}{e^{2x} }
limx+1=1limx+(x+1)e2x=+}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } 1} & {=} & {1} \\ {\lim\limits_{x\to +\infty } \left(x+1\right)e^{2x} } & {=} & {+\infty } \end{array}\right\} par quotient : limx+f(x)=0\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)=0.
Ainsi , il existe une asymptote horizontale d'équation y=0y=0 au voisinage de ++\infty .
D'autre part : calculons : limx1x>1f(x)\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -1} \\ {x>-1} \end{array}} f\left(x\right)
limx1x>1f(x)=limx1x>1e2xx+1\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -1} \\ {x>-1} \end{array}} f\left(x\right)=\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -1} \\ {x>-1} \end{array}} \frac{e^{-2x} }{x+1}
limx1x>1e2x=e2limx1x>1x+1=0+}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -1} \\ {x>-1} \end{array}} e^{-2x} } & {=} & {e^{-2} } \\ {\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -1} \\ {x>-1} \end{array}} x+1} & {=} & {0^{+} } \end{array}\right\} par quotient : limx1x>1f(x)=+\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -1} \\ {x>-1} \end{array}} f\left(x\right)=+\infty
Ainsi, il existe une asymptote verticale d'équation x=1x=-1 .
Question 3

Soit ff une fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=e2xe2x+2f\left(x\right)=e^{2x} -e^{-2x} +2
Soit AA le point d'abscisse : ln(2)2\frac{\ln \left(2\right)}{2} .
Proposition : « la tangente à la courbe ff au point d'abscisse AA est y=5x+724ln(2)2y=5x+\frac{7}{2} -\frac{4\ln \left(2\right)}{2} ».

Correction
La proposition est fausse.
On commence par calculer la dérivée de ff.
ff est dérivable sur R\mathbb{R} et f(x)=2e2x+2e2xf'\left(x\right)=2e^{2x} +2e^{-2x} .
L'équation de la tangente à la courbe ff au point d'abscisse ln(2)2\frac{\ln \left(2\right)}{2} s'écrit :
y=f(ln(2)2)(xln(2)2)+f(ln(2)2)y=f'\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)\left(x-\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)+f\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)
  • Calculons f(ln(2)2)f'\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)
  • f(ln(2)2)=2e2(ln(2)2)+2e2(ln(2)2)f'\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=2e^{2\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)} +2e^{-2\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)}
    f(ln(2)2)=2eln(2)+2eln(2)f'\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=2e^{\ln \left(2\right)} +2e^{-\ln \left(2\right)}
    f(ln(2)2)=2×2+2eln(2)f'\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=2\times 2+\frac{2}{e^{\ln \left(2\right)} }
    f(ln(2)2)=2×2+22=5f'\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=2\times 2+\frac{2}{2} =5
  • Calculons f(ln(2)2)f\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)
  • f(ln(2)2)=e2(ln(2)2)e2(ln(2)2)+2f\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=e^{2\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)} -e^{-2\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)} +2
    f(ln(2)2)=eln(2)eln(2)+2f\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=e^{\ln \left(2\right)} -e^{-\ln \left(2\right)} +2
    f(ln(2)2)=21eln(2)+2f\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=2-\frac{1}{e^{\ln \left(2\right)} } +2
    f(ln(2)2)=212+2=72f\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)=2-\frac{1}{2} +2=\frac{7}{2}
    Or : y=f(ln(2)2)(xln(2)2)+f(ln(2)2)y=f'\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)\left(x-\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)+f\left(\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right) donc ,
    y=5(xln(2)2)+72y=5\left(x-\frac{\ln \left(2\right)}{2} \right)+\frac{7}{2}
    y=5x5ln(2)2+72y=5x-\frac{5\ln \left(2\right)}{2} +\frac{7}{2}
    Question 4

    Soit ff une fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=(ax+b)e2xf\left(x\right)=\left(ax+b\right)e^{2x} aa et bb sont deux réels.
    La courbe représentative de la fonction ff passe par le point A(0;4)A\left(0;-4\right) et admet en ce point une tangente parallèle à la droite d'équation y=6x+2y=-6x+2.
    Proposition : « la fonction ff s'écrit f(x)=(2x4)e2xf\left(x\right)=\left(2x-4\right)e^{2x} ».

    Correction
    La proposition est vraie.
    D'après l'énoncé, on en déduit deux informations
    • f(0)=4f\left(0\right)=-4
    • Le nombre f(0)f'\left(0\right) désigne le coefficient directeur de la droite tangente à la courbe au point d'abscisse 00. Dans cet exercice la tangente au point d'abscisse 0 est parallèle à la droite d'équation y=6x+2y=-6x+2 donc f(0)=6f'\left(0\right)=-6.
    f(0)=4f\left(0\right)=-4 équivaut successivement à :
    (a×0+b)e2×0=4\left(a\times 0+b\right)e^{2\times 0} =-4
    b=4b=-4

    Ensuite, calculons la dérivée de ff.
    ff est dérivable sur RR, on reconnaît la forme (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=ax+bu\left(x\right)=ax+b et v(x)=e2xv\left(x\right)=e^{2x} .
    Ainsi u(x)=au'\left(x\right)=a et v(x)=2e2xv'\left(x\right)=2e^{2x} .
    D'où :
    f(x)=ae2x+(ax+b)×2e2xf'\left(x\right)=ae^{2x} +\left(ax+b\right)\times 2e^{2x}
    f(x)=e2x(a+(ax+b)×2)f'\left(x\right)=e^{2x} \left(a+\left(ax+b\right)\times 2\right)
    f(x)=e2x(a+2ax+2b)f'\left(x\right)=e^{2x} \left(a+2ax+2b\right)
    Or : f(0)=6f'\left(0\right)=-6 , il s'ensuit que :
    e2×0(a+2a×0+2b)=6e^{2\times 0} \left(a+2a\times 0+2b\right)=-6
    a+2b=6a+2b=-6 (rappel b=4b=-4 )
    a+2×4=6a+2\times -4=-6
    a=2a=2

    Finalement : f(x)=(2x4)e2xf\left(x\right)=\left(2x-4\right)e^{2x}
    Question 5

    Soit : A=(ex+ex2)2+(exex2)2.A=\left(\frac{e^{x} +e^{-x} }{2} \right)^{2} +\left(\frac{e^{x} -e^{-x} }{2} \right)^{2} .
    Proposition : « A=e2xe2x2A=\frac{e^{2x} -e^{-2x} }{2} » .

    Correction
    La proposition est fausse.
    A=(ex+ex2)2+(exex2)2A=\left(\frac{e^{x} +e^{-x} }{2} \right)^{2} +\left(\frac{e^{x} -e^{-x} }{2} \right)^{2} équivaut successivement à :
    A=(ex)2+2×ex×ex+(ex)24+(ex)22×ex×ex+(ex)24A=\frac{\left(e^{x} \right)^{2} +2\times e^{x} \times e^{-x} +\left(e^{-x} \right)^{2} }{4} +\frac{\left(e^{x} \right)^{2} -2\times e^{x} \times e^{-x} +\left(e^{-x} \right)^{2} }{4}
    A=e2x+2+e2x4+e2x2+e2x4A=\frac{e^{2x} +2+e^{-2x} }{4} +\frac{e^{2x} -2+e^{-2x} }{4}
    A=2e2x+2e2x4A=\frac{2e^{2x} +2e^{-2x} }{4}
    A=e2x+e2x2A=\frac{e^{2x} +e^{-2x} }{2}
    Question 6

    Soit ff une fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=exexex+exf\left(x\right)=\frac{e^{x} -e^{-x} }{e^{x} +e^{-x} } .
    Proposition : « f(x)=1e2x1+e2xf\left(x\right)=\frac{1-e^{-2x} }{1+e^{-2x} } ».

    Correction
    La proposition est vraie.
    f(x)=exexex+exf\left(x\right)=\frac{e^{x} -e^{-x} }{e^{x} +e^{-x} } équivaut successivement à :
    f(x)=(exex)×ex(ex+ex)×exf\left(x\right)=\frac{\left(e^{x} -e^{-x} \right)\times e^{-x} }{\left(e^{x} +e^{-x} \right)\times e^{-x} } (on a multiplié le numérateur et le dénominateur par exe^{-x} )
    f(x)=ex×exex×exex×ex+ex×exf\left(x\right)=\frac{e^{x} \times e^{-x} -e^{-x} \times e^{-x} }{e^{x} \times e^{-x} +e^{-x} \times e^{-x} }
    f(x)=1e2x1+e2xf\left(x\right)=\frac{1-e^{-2x} }{1+e^{-2x} }
    Question 7

    Soit ff une fonction définie par f(x)=2ex12e3x1f\left(x\right)=\frac{2e^{x} }{\sqrt{1-2e^{3x-1} } } .
    Proposition : « Le domaine de définition de ff est : I=]ln(2)+13;+[I=\left]\frac{-\ln \left(2\right)+1}{3} ;+\infty \right[ » .

    Correction
    La proposition est vraie.
    ff une fonction définie si et seulement si 12e3x1>01-2e^{3x-1} >0
    12e3x1>01-2e^{3x-1} >0 équivaut successivement à
    2e3x1>1-2e^{3x-1} >-1
    e3x1<12e^{3x-1} <\frac{1}{2}
    ln(e3x1)<ln(12)\ln \left(e^{3x-1} \right)<\ln \left(\frac{1}{2} \right)
    3x1<ln(12)3x-1<\ln \left(\frac{1}{2} \right)
    3x1<ln(2)3x-1<-\ln \left(2\right) car ln(12)=ln(2)\ln \left(\frac{1}{2} \right)=-\ln \left(2\right)
    3x<ln(2)+13x<-\ln \left(2\right)+1
    x<ln(2)+13x<\frac{-\ln \left(2\right)+1}{3}

    Finalement le domaine de définition de ff est I=];ln(2)+13[I=\left]-\infty ;\frac{-\ln \left(2\right)+1}{3} \right[
    Question 8

    Soit ff une fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=(x2+4x+3)exf\left(x\right)=\left(x^{2} +4x+3\right)e^{-x}
    Proposition : « f"(x)+2f(x)+f(x)=3exf"\left(x\right)+2f'\left(x\right)+f\left(x\right)=3e^{-x} » .

    Correction
    La proposition est fausse.
    ff est dérivable sur R\mathbb{R}
    On reconnaît la forme : (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=x2+4x+3u\left(x\right)=x^{2} +4x+3 et v(x)=exv\left(x\right)=e^{-x}
    Ainsi u(x)=2x+4u'\left(x\right)=2x+4 et v(x)=exv'\left(x\right)=-e^{-x} .
    Ainsi :
    f(x)=(2x+4)ex+(x2+4x+3)×(ex)f'\left(x\right)=\left(2x+4\right)e^{-x} +\left(x^{2} +4x+3\right)\times \left(-e^{-x} \right)
    f(x)=ex×(2x+4+(x2+4x+3)×(1))f'\left(x\right)=e^{-x} \times \left(2x+4+\left(x^{2} +4x+3\right)\times \left(-1\right)\right)
    f(x)=ex×(2x+4x24x3)f'\left(x\right)=e^{-x} \times \left(2x+4-x^{2} -4x-3\right)
    f(x)=ex(x22x+1)f'\left(x\right)=e^{-x} \left(-x^{2} -2x+1\right)
    On dérive maintenant ff' afin d'obtenir f"f".
    On reconnait la forme (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=x22x+1u\left(x\right)=-x^{2} -2x+1 et v(x)=exv\left(x\right)=e^{-x}
    Ainsi u(x)=2x2u'\left(x\right)=-2x-2 et v(x)=exv'\left(x\right)=-e^{-x} .
    Ainsi :
    f(x)=(2x2)ex+(x22x+1)×(ex)f''\left(x\right)=\left(-2x-2\right)e^{-x} +\left(-x^{2} -2x+1\right)\times \left(-e^{-x} \right)
    f(x)=ex×(2x2+(x22x+1)×(1))f''\left(x\right)=e^{-x} \times \left(-2x-2+\left(-x^{2} -2x+1\right)\times \left(-1\right)\right)
    f(x)=ex×(2x2+x2+2x1)f''\left(x\right)=e^{-x} \times \left(-2x-2+x^{2} +2x-1\right)
    f(x)=ex(x23)f''\left(x\right)=e^{-x} \left(x^{2} -3\right)
    Maintenant calculons :
    f(x)+2f(x)+f(x)=ex(x23)+2[ex(x22x+1)]+(x2+4x+3)exf''\left(x\right)+2f'\left(x\right)+f\left(x\right)=e^{-x} \left(x^{2} -3\right)+2\left[e^{-x} \left(-x^{2} -2x+1\right)\right]+\left(x^{2} +4x+3\right)e^{-x} équivaut à :
    f(x)+2f(x)+f(x)=ex[x23+2×(x22x+1)+x2+4x+3]f''\left(x\right)+2f'\left(x\right)+f\left(x\right)=e^{-x} \left[x^{2} -3+2\times \left(-x^{2} -2x+1\right)+x^{2} +4x+3\right]
    f(x)+2f(x)+f(x)=ex[x232x24x+2+x2+4x+3]f''\left(x\right)+2f'\left(x\right)+f\left(x\right)=e^{-x} \left[x^{2} -3-2x^{2} -4x+2+x^{2} +4x+3\right]
    f(x)+2f(x)+f(x)=ex×[2]f''\left(x\right)+2f'\left(x\right)+f\left(x\right)=e^{-x} \times \left[2\right]
    f(x)+2f(x)+f(x)=2exf''\left(x\right)+2f'\left(x\right)+f\left(x\right)=2e^{-x}
    Question 9

    Soit ff une fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=3ex1+exf\left(x\right)=\frac{3e^{-x} }{1+e^{-x} } .
    Proposition : « A=0ln(2)f(x)dx=3ln(34)A=\int _{0}^{\ln \left(2\right)}f\left(x\right) dx=3\ln \left(\frac{3}{4} \right) » .

    Correction
    La proposition est fausse.
    Une primitive de la forme u(x)u(x)\frac{u'\left(x\right)}{u\left(x\right)} est de la forme ln(u(x))\ln \left(u\left(x\right)\right)
    Soient u(x)=1+exu\left(x\right)=1+e^{-x} donc u(x)=exu'\left(x\right)=-e^{-x}
    Ainsi :
    f(x)=3×ex1+ex=3×u(x)u(x)f\left(x\right)=-3\times \frac{-e^{-x} }{1+e^{-x} } =-3\times \frac{u'\left(x\right)}{u\left(x\right)}
    F(x)=3×ln(1+ex)F\left(x\right)=-3\times \ln \left(1+e^{-x} \right)
    D'où :
    A=0ln(2)f(x)dxA=\int _{0}^{\ln \left(2\right)}f\left(x\right) dx
    A=[3×ln(1+ex)]0ln(2)A=\left[-3\times \ln \left(1+e^{-x} \right)\right]_{0}^{\ln \left(2\right)}
    A=3×ln(1+eln(2))(3×ln(1+e0))A=-3\times \ln \left(1+e^{-\ln \left(2\right)} \right)-\left(-3\times \ln \left(1+e^{-0} \right)\right)
    A=3×ln(1+eln(2))+3×ln(1+e0)A=-3\times \ln \left(1+e^{-\ln \left(2\right)} \right)+3\times \ln \left(1+e^{-0} \right)
    A=3×ln(1+1eln(2))+3×ln(1+1)A=-3\times \ln \left(1+\frac{1}{e^{\ln \left(2\right)} } \right)+3\times \ln \left(1+1\right)
    A=3×ln(1+12)+3×ln(1+1)A=-3\times \ln \left(1+\frac{1}{2} \right)+3\times \ln \left(1+1\right)
    A=3×ln(32)+3×ln(2)A=-3\times \ln \left(\frac{3}{2} \right)+3\times \ln \left(2\right)
    A=3×(ln(2)ln(32))A=3\times \left(\ln \left(2\right)-\ln \left(\frac{3}{2} \right)\right)
    A=3×ln(2(32))A=3\times \ln \left(\frac{2}{\left(\frac{3}{2} \right)} \right)
    A=3×ln(2×23)A=3\times \ln \left(2\times \frac{2}{3} \right)
    A=3ln(43)A=3\ln \left(\frac{4}{3} \right)

    La vraie réponse est : 3ln(43)3\ln \left(\frac{4}{3} \right)
    Question 10

    Soit ff une fonction définie sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ par f(x)=ln(ex1ex+1)f\left(x\right)=\ln \left(\frac{e^{x} -1}{e^{x} +1} \right).
    Proposition : « ff est croissante sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ » .

    Correction
    La proposition est vraie.
    Etudions le signe de la dérivée de ff.
    ff est dérivable sur]0;+[\left]0;+\infty \right[.
    Posons tout d'abord g(x)=ex1ex+1g\left(x\right)=\frac{e^{x} -1}{e^{x} +1} et calculons la dérivée de gg.
    On reconnaît la forme : (uv)=uvuvv2\left(uv\right)'=\frac{u'v-uv'}{v^{2} } avec u(x)=ex1u\left(x\right)=e^{x} -1 et v(x)=ex+1v\left(x\right)=e^{x} +1.
    Ainsi u(x)=exu'\left(x\right)=e^{x} et v(x)=exv'\left(x\right)=e^{x} .
    g(x)=ex×(ex+1)ex×(ex1)(ex+1)2g'\left(x\right)=\frac{e^{x} \times \left(e^{x} +1\right)-e^{x} \times \left(e^{x} -1\right)}{\left(e^{x} +1\right)^{2} }
    g(x)=e2x+ex(e2xex)(ex+1)2g'\left(x\right)=\frac{e^{2x} +e^{x} -\left(e^{2x} -e^{x} \right)}{\left(e^{x} +1\right)^{2} }
    g(x)=e2x+exe2x+ex(ex+1)2g'\left(x\right)=\frac{e^{2x} +e^{x} -e^{2x} +e^{x} }{\left(e^{x} +1\right)^{2} }
    g(x)=2ex(ex+1)2g'\left(x\right)=\frac{2e^{x} }{\left(e^{x} +1\right)^{2} }

    Maintenant nous pouvons calculer la dérivée de fff(x)=ln(g(x))f\left(x\right)=\ln \left(g\left(x\right)\right) avec g(x)=ex1ex+1g\left(x\right)=\frac{e^{x} -1}{e^{x} +1}
    D'après le cours : (ln(g(x)))=g(x)g(x)\left(\ln \left(g\left(x\right)\right)\right)^{'} =\frac{g'\left(x\right)}{g\left(x\right)} .
    Nous avons calculé précédemment gg'.
    Il vient alors que :
    f(x)=(2ex(ex+1)2)(ex1ex+1)f'\left(x\right)=\frac{\left(\frac{2e^{x} }{\left(e^{x} +1\right)^{2} } \right)}{\left(\frac{e^{x} -1}{e^{x} +1} \right)}
    (ab)(cd)=ab×dc\frac{\left(\frac{a}{b} \right)}{\left(\frac{c}{d} \right)} =\frac{a}{b} \times \frac{d}{c}

    Donc : f(x)=2ex(ex+1)2×ex+1ex1f'\left(x\right)=\frac{2e^{x} }{\left(e^{x} +1\right)^{2} } \times \frac{e^{x} +1}{e^{x} -1}
    f(x)=2exex+1×1ex1f'\left(x\right)=\frac{2e^{x} }{e^{x} +1} \times \frac{1}{e^{x} -1}
    Soit x]0;+[x\in \left]0;+\infty \right[, on sait que : 2ex>02e^{x} >0 et ex+1>0e^{x} +1>0.
    Donc le signe de ff' dépend de ex1e^{x} -1.
    Comme x]0;+[x\in \left]0;+\infty \right[ alors :
    x>0x>0 équivaut successivement à :
    ex>e0e^{x} >e^{0}
    ex>1e^{x} >1
    ex1>0e^{x} -1>0
    Il en résulte donc que f(x)>0f'\left(x\right)>0 donc que la fonction ff est croissante sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[.
    Question 11

    Soit ff une fonction définie sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ par f(x)=2x+1+exex1f\left(x\right)=2x+1+\frac{e^{x} }{e^{x} -1} .
    Proposition : « ff admet un minimum qui vaut 2ln(2)+32\ln \left(2\right)+3 ».

    Correction
    La proposition est fausse.
    Etudions le signe de la dérivée de ff.
    ff est dérivable sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[.
    Posons tout d'abord g(x)=exex1g\left(x\right)=\frac{e^{x} }{e^{x} -1} et calculons la dérivée de gg.
    On reconnaît la forme = (uv)=uvuvv2\left(uv\right)'=\frac{u'v-uv'}{v^{2} } avec u(x)=exu\left(x\right)=e^{x} et v(x)=ex1v\left(x\right)=e^{x} -1.
    Ainsi u(x)=exu'\left(x\right)=e^{x} et v(x)=exv'\left(x\right)=e^{x} .
    g(x)=ex×(ex1)ex×ex(ex1)2g'\left(x\right)=\frac{e^{x} \times \left(e^{x} -1\right)-e^{x} \times e^{x} }{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    g(x)=e2xexe2x(ex1)2g'\left(x\right)=\frac{e^{2x} -e^{x} -e^{2x} }{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    g(x)=ex(ex1)2g'\left(x\right)=\frac{-e^{x} }{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    Maintenant nous pouvons calculer la dérivée de ff, il vient alors que :
    f(x)=2+ex(ex1)2f'\left(x\right)=2+\frac{-e^{x} }{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    f(x)=2(ex1)2ex(ex1)2f'\left(x\right)=\frac{2\left(e^{x} -1\right)^{2} -e^{x} }{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    Nous avons mis tout au même dénominateur.
    f(x)=2(e2x2ex+1)ex(ex1)2f'\left(x\right)=\frac{2\left(e^{2x} -2e^{x} +1\right)-e^{x} }{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    f(x)=2e2x4ex+2ex(ex1)2f'\left(x\right)=\frac{2e^{2x} -4e^{x} +2-e^{x} }{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    f(x)=2e2x5ex+2(ex1)2f'\left(x\right)=\frac{2e^{2x} -5e^{x} +2}{\left(e^{x} -1\right)^{2} }
    Soit x]0;+[x\in \left]0;+\infty \right[, on sait que (ex1)2>0\left(e^{x} -1\right)^{2} >0.
    Donc le signe de ff' dépend de 2e2x5ex+22e^{2x} -5e^{x} +2.
    Pour étudier le signe de 2e2x5ex+22e^{2x} -5e^{x} +2, on va commencer par effectuer le changement de variable X=exX=e^{x} .
    Ainsi 2e2x5ex+22e^{2x} -5e^{x} +2 s'écrit 2X25X+22X^{2} -5X+2.
    On reconnaît un trinôme du second degré. On utilise le discriminant.
    Les racines sont alors X1=12X_{1} =\frac{1}{2} et X2=2X_{2} =2.
    On peut donc factoriser 2X25X+22X^{2} -5X+2 ainsi :
    2X25X+2=2(X12)(X2)2X^{2} -5X+2=2\left(X-\frac{1}{2} \right)\left(X-2\right)
    Si Δ>0\Delta >0 alors : ax2+bx+c=a(xx1)(xx2)ax^{2} +bx+c=a\left(x-x_{1} \right)\left(x-x_{2} \right) vu en 1ère S

    Autrement dit : 2e2x5ex+2=2(ex12)(ex2)2e^{2x} -5e^{x} +2=2\left(e^{x} -\frac{1}{2} \right)\left(e^{x} -2\right)
    Il nous suffit donc d'étudier le signe de 2(ex12)(ex2)2\left(e^{x} -\frac{1}{2} \right)\left(e^{x} -2\right) à l'aide d'un tableau de signe qui nous donnera le signe de ff'.

    D'une part : ex12>0e^{x} -\frac{1}{2} >0 équivaut à :
    ex>12e^{x} >\frac{1}{2}
    ln(ex)>ln(12)\ln \left(e^{x} \right)>\ln \left(\frac{1}{2} \right)

    x>ln(2)x>-\ln \left(2\right) or ln(2)<0-\ln \left(2\right)<0 et comme x]0;+[x\in \left]0;+\infty \right[ alors ex12>0e^{x} -\frac{1}{2} >0 pour tout réel x]0;+[x\in \left]0;+\infty \right[

    D'autre part : ex2>0e^{x} -2>0 équivaut à :
    ex>2e^{x} >2
    ln(ex)>ln(2)\ln \left(e^{x} \right)>\ln \left(2\right)
    x>ln(2)x>\ln \left(2\right)

    Dressons enfin le tableau de variation de ff :

    ff admet donc un minimum lorsque x=ln(2)x=\ln \left(2\right).
    Ainsi :
    f(ln(2))=2×ln(2)+1+eln(2)eln(2)1f\left(\ln \left(2\right)\right)=2\times \ln \left(2\right)+1+\frac{e^{\ln \left(2\right)} }{e^{\ln \left(2\right)} -1}
    f(ln(2))=2×ln(2)+1+221f\left(\ln \left(2\right)\right)=2\times \ln \left(2\right)+1+\frac{2}{2-1}
    f(ln(2))=2ln(2)+12f\left(\ln \left(2\right)\right)=2\ln \left(2\right)+1-2
    f(ln(2))=2ln(2)1f\left(\ln \left(2\right)\right)=2\ln \left(2\right)-1
    ff admet un minimum qui vaut 2ln(2)12\ln \left(2\right)-1.
    Question 12

    Soit ff une fonction définie sur ]3;+[\left]-3;+\infty \right[ par f(x)=e2x3+xf\left(x\right)=e^{\frac{2-x}{3+x} } .
    Proposition : « limx3x>3f(x)=\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -3} \\ {x>-3} \end{array}} f\left(x\right)=-\infty et limx+f(x)=e1\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)=e^{1} » .

    Correction
    La proposition est fausse.

    Ici il s'agit de limite par composition.

    Commençons par calculer limx+f(x)\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)
    Dans un premier temps limx+2x3+x=limx+xx=1\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{2-x}{3+x} =\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{-x}{x} =-1 .
    On pose X=2x3+xX=\frac{2-x}{3+x}
    D'où : limX1eX=e1\lim\limits_{X\to -1} e^{X} =e^{-1} .
    Finalement, par composition limx+f(x)=e1\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)=e^{1}

    Ensuite, calculons limx3x>3f(x)\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -3} \\ {x>-3} \end{array}} f\left(x\right)
    Dans un premier temps : limx3x>32x3+x\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -3} \\ {x>-3} \end{array}} \frac{2-x}{3+x}
    limx3x>32x=5limx3x>33+x=0+}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -3} \\ {x>-3} \end{array}} 2-x} & {=} & {5} \\ {\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -3} \\ {x>-3} \end{array}} 3+x} & {=} & {0^{+} } \end{array}\right\} par quotient limx3x>32x3+x=+\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -3} \\ {x>-3} \end{array}} \frac{2-x}{3+x} =+\infty .
    On pose X=2x3+xX=\frac{2-x}{3+x}
    D'où : limX+eX=+\lim\limits_{X\to +\infty } e^{X} =+\infty .
    Finalement, par composition :
    limx3x>3f(x)=+\lim\limits_{\begin{array}{l} {x\to -3} \\ {x>-3} \end{array}} f\left(x\right)=+\infty
    Question 13

    Soit ff une fonction définie sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ par f(x)=ex1xex+1f\left(x\right)=\frac{e^{x} -1}{xe^{x} +1} .
    Proposition : « f(x)=1exx+exf\left(x\right)=\frac{1-e^{-x} }{x+e^{-x} } et limx+f(x)=0\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)=0 » .

    Correction
    La proposition est vraie.
    On sait que : f(x)=ex1xex+1f\left(x\right)=\frac{e^{x} -1}{xe^{x} +1} .
    Nous allons multiplier le numérateur et le dénominateur par exe^{-x} .
    f(x)=ex1xex+1f\left(x\right)=\frac{e^{x} -1}{xe^{x} +1} équivaut à :
    f(x)=(ex1)×ex(xex+1)×exf\left(x\right)=\frac{\left(e^{x} -1\right)\times e^{-x} }{\left(xe^{x} +1\right)\times e^{-x} }
    f(x)=ex×exexxex×ex+1×exf\left(x\right)=\frac{e^{x} \times e^{-x} -e^{-x} }{xe^{x} \times e^{-x} +1\times e^{-x} }
    f(x)=1exx+exf\left(x\right)=\frac{1-e^{-x} }{x+e^{-x} }

    Passons maintenant à la limite :
    limx+1ex=1limx+x+ex=+}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } 1-e^{-x} } & {=} & {1} \\ {\lim\limits_{x\to +\infty } x+e^{-x} } & {=} & {+\infty } \end{array}\right\} par quotient
    limx+1exx+ex=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{1-e^{-x} }{x+e^{-x} } =0
    .
    Question 14

    limx+6e3x+15x3=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{6e^{-3x+1} }{5x^{3} } =0

    Correction
    La proposition est vraie.
    Nous allons commencer par calculer la limite du numérateur .
    Ici, il s'agit d'une limite par composition.
    On commence par calculer limx+3x+1=\lim\limits_{x\to +\infty } -3x+1=-\infty .
    On pose X=3x+1X=-3x+1.
    Ainsi : limX6eX=0\lim\limits_{X\to -\infty } 6e^{X} =0.
    Par composition :
    limx+6e3x+1=0\lim\limits_{x\to +\infty } 6e^{-3x+1} =0

    limx+6e3x+1=0limx+5x3=+}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } 6e^{-3x+1}} & {=} & {0 } \\ {\lim\limits_{x\to +\infty } 5x^{3} } & {=} & {+\infty } \end{array}\right\} par quotient, on rencontre ici une forme indéterminée.
    Ici, pour pouvoir calculer la limite, nous allons faire apparaitre un produit.
    limx+6e3x+15x3=limx+6e3x+1×15x3\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{6e^{-3x+1} }{5x^{3} } =\lim\limits_{x\to +\infty }6e^{-3x+1} \times \frac{1}{5x^{3} } . Il en résulte donc que :
    limx+6e3x+1=0limx+15x3=0}par produit\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } 6e^{-3x+1}} & {=} & {0 } \\ {\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{1}{5x^{3} } } & {=} & {0 } \end{array}\right\}{\text{par produit}}
    limx+6e3x+1×15x3=0\lim\limits_{x\to +\infty } 6e^{-3x+1} \times \frac{1}{5x^{3} }=0

    Finalement : limx+6e3x+15x3=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{6e^{-3x+1} }{5x^{3} } =0
    Question 15

    A l'aide de la représentation graphique ci-dessous de la fonction ff :
    On a : f(1)=2f'\left(1\right)=-2

    Correction
    La proposition est fausse.
    f(1)f'\left(1\right) correspond au coefficient directeur de la tangente à la courbe au point d'abscisse 11.
    Les points A(1;0)A\left(1;0\right) et B(0;2)B\left(0;-2\right) appartiennent à cette tangente.
    A l'aide du point AA et du point BB on va pouvoir donner le coefficient directeur de la tangente.
    f(1)=yByAxBxAf'\left(1\right)=\frac{y_{B} -y_{A} }{x_{B} -x_{A} }
    f(1)=2001f'\left(1\right)=\frac{-2-0}{0-1}
    Ainsi :
    f(1)=2f'\left(1\right)=2