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Partie A On considère la fonction f définie sur R par : f(x)=(21x+1)e−x. On note (Cf) sa courbe représentative dans un repère orthonormé. On admet que la fonction f est dérivable sur R et on désigne par f′ sa fonction dérivée. Aide aux calculs :e1≈2,7 ; e−1≈0,4 ; e2≈7,4
Démontrer que, pour tout réel x, f′(x)=(−21x−21)e−x.
Correction
Deˊriveˊe du produit
On considère deux fonctions u et v, dérivables sur un intervalle I alors
(uv)′=u′v+uv′
(eax+b)′=aeax+b
f est dérivable sur R. Ici on reconnaît la forme (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=21x+1 et v(x)=e−x. Pour dériver v : v(x)=e−1x+0, ici nous avons a=−1 et b=0. Ainsi u′(x)=21 et v′(x)=−e−x. Il vient alors que : f′(x)=21×e−x+(21x+1)×(−e−x) f′(x)=21e−x−21xe−x−e−x Ici, nous allons factoriser par e−x. Ce qui nous donne : f′(x)=e−x(21−21x−1) D'où :
f′(x)=(−21x−21)e−x
Question 2
Étudier les variations de la fonction f sur R.
Correction
La fonction exponentielle est strictement positive. Autrement dit, pour tout réel x, on a : ex>0
Si f′ est négative sur [a;b] alors f est décroissante sur [a;b].
Si f′ est positive sur [a;b] alors f est croissante sur [a;b].
Nous savons que : f′(x)=(−21x−21)e−x Pour tout réel x, on a e−x>0 : le signe de f′(x) est donc celui de −21x−21. −21x−21⩾0⇔−21x⩾21⇔x⩽−1 (on multiplie par −2, qui est négatif : le sens de l'inégalité change) Cela signifie que l'on va mettre le signe + dans la ligne de −21x−21 lorsque x sera inférieur ou égal à −1. Il en résulte donc que :
si x∈]−∞;−1] alors f′(x)⩾0 et donc f est croissante sur cet intervalle.
si x∈[−1;+∞[ alors f′(x)⩽0 et donc f est décroissante sur cet intervalle.
Nous traduisons toutes ces informations dans le tableau de variation ci-dessous :
De plus : f(−1)=(21×(−1)+1)e−(−1) f(−1)=21e1 qui s'écrit également : f(−1)=2e
Question 3
L'affirmation « Pour tout réel x, f(x)⩽2 » est-elle vraie ou fausse ? Justifier.
Correction
D'après le tableau de variation, f admet un maximum en x=−1, égal à f(−1)=2e. Pour tout réel x, on a donc f(x)⩽2e. Or, d'après l'aide aux calculs, e≈2,7 donc 2e≈1,35 et 2e<2. Il en résulte donc que, pour tout réel x : f(x)⩽2e<2.
Ainsi :
L'affirmation est vraie.
Question 4
Déterminer l'équation réduite de la tangente à (Cf) au point d'abscisse 0.
Correction
Le nombre f′(a) est le coefficient directeur de la tangente à la courbe de f au point d'abscisse a.
Une équation de cette tangente est : y=f′(a)(x−a)+f(a).
On sait que la formule de l'équation de la tangente au point d'abscisse 0 est : y=f′(0)(x−0)+f(0) D'une part : f(x)=(21x+1)e−x alors f(0)=(21×0+1)e0=1 D'autre part : f′(x)=(−21x−21)e−x alors f′(0)=(−21×0−21)e0=−21
Ainsi : y=−21(x−0)+1 Enfin :
y=−21x+1
Question 5
Partie B Soit g la fonction polynôme du second degré définie par g(x)=0,5x2+bx+c où b et c sont deux réels. On crée la courbe représentée ci-dessous, constituée des deux éléments suivants :
une partie de la courbe (Cf) représentative de la fonction f définie dans la partie A sur l'intervalle [−2;0] ;
une partie de la courbe (Cg) représentative de la fonction g sur l'intervalle [0;3].
Le but de cette partie est de déterminer les valeurs des réels b et c.
Le point M(0;1) appartient aux deux courbes (Cf) et (Cg). Démontrer que c=1.
Correction
Le point M(0;1) appartient à (Cg), donc g(0)=1. Or g(0)=0,5×02+b×0+c=c. Il en résulte donc que :
c=1
Question 6
Au point M(0;1) les courbes (Cf) et (Cg) admettent la même tangente. Déterminer la valeur de b.
Correction
Les deux courbes ont la même tangente au point d'abscisse 0 : leurs tangentes en ce point ont le même coefficient directeur, donc g′(0)=f′(0). D'une part : d'après la question 4, f′(0)=−21 D'autre part : g(x)=0,5x2+bx+c alors g′(x)=0,5×2x+b=x+b et g′(0)=b
g′(0)=f′(0) équivaut à : b=−21 Ainsi :
b=−0,5
On a donc g(x)=0,5x2−0,5x+1. Vérification :g(3)=4,5−1,5+1=4, ce qui correspond bien à l'extrémité de la courbe.
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