QCM Bilan sur tout le programme pré prépa

QCM Bilan 2 - Exercice 1

2 h
165
Voici un Q.C.M. afin d'évaluer votre progression vers l'enseignement supérieur.
Question 1
Cet exercice est un Questionnaire à Choix Multiples (Q.C.M.). Pour chacune des questions, une seule réponse, sur les quatre propositions, est correcte.

Soit x>0x > 0. La valeur de la limite limx12x21ln(x)\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}-1}{\ln(x)} est :
a.\bf{a.} 00                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} 1-1
c.\bf{c.} 11                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} e2-e^2

Correction
la bonne reˊponse est b\red{\text{la bonne réponse est } b}
Il faut utiliser la meˊthode de l’expression conjugueˊe du numeˊrateur 2x21\red{\boxed{\text{Il faut utiliser la méthode de l'expression conjuguée du numérateur } \sqrt{2-x^2}-1}}
En effet, on a :
limx12x21ln(x)=limx12x21ln(x)×2x2+12x2+1=limx12x2212ln(x)(2x2+1)=limx12x21ln(x)(2x2+1)=limx11x2ln(x)(2x2+1)\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}-1}{\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}-1}{\ln(x)} \times \dfrac{\sqrt{2-x^2}+1}{\sqrt{2-x^2}+1} = \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}^2-1^2}{\ln(x) \left( \sqrt{2-x^2}+1 \right)} = \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{2-x^2-1}{\ln(x) \left( \sqrt{2-x^2}+1 \right)} = \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{1-x^2}{\ln(x) \left( \sqrt{2-x^2}+1 \right)}
Or, 1x2=(1x)(1+x)1-x^2 = (1-x) \, (1+x). Donc :
limx12x21ln(x)=limx1(1x)(1+x)ln(x)(2x2+1)=limx1(x1)(1+x)ln(x)(2x2+1)=limx1(x1ln(x)×1+x2x2+1)=limx1x1ln(x)×limx11+x2x2+1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}-1}{\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{(1-x) \, (1+x)}{\ln(x) \left( \sqrt{2-x^2}+1 \right)} = - \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{(x-1) \, (1+x)}{\ln(x) \left( \sqrt{2-x^2}+1 \right)} = - \lim_{x \longrightarrow 1} \left( \dfrac{x-1 }{\ln(x) } \times \dfrac{1+x}{\sqrt{2-x^2}+1 } \right) = - \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x-1}{\ln(x)} \times \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{1+x}{\sqrt{2-x^2}+1 }
Mais limx11+x2x2+1=1+1212+1=221+1=21+1=21+1=22=1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{1+x}{\sqrt{2-x^2}+1 } = \dfrac{1+1}{\sqrt{2-1^2}+1 } = \dfrac{2}{\sqrt{2-1}+1 } = \dfrac{2}{\sqrt{1}+1 } = \dfrac{2}{1+1 } = \dfrac{2}{2} = 1. Donc, on obtient :
limx12x21ln(x)=limx1x1ln(x)×1=limx1x1ln(x)=limx11ln(x)x1=1limx1ln(x)x1=1limx1ln(x)0x1=1limx1ln(x)ln(1)x1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}-1}{\ln(x)} = - \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x-1}{\ln(x)} \times 1 = - \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x-1}{\ln(x)} = - \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{1}{\dfrac{\ln(x)}{x-1}} = -\dfrac{1}{\displaystyle{\lim_{x \longrightarrow 1}} \dfrac{\ln(x)}{x-1}} = -\dfrac{1}{\displaystyle{\lim_{x \longrightarrow 1}} \dfrac{\ln(x) - 0}{x-1}} = -\dfrac{1}{\displaystyle{\lim_{x \longrightarrow 1}} \dfrac{\ln(x) - \ln(1)}{x-1}}.
Or, on reconnait la définition du nombre dérivé en 11. En effet :
limx1ln(x)ln(1)x1=(ln(x))(x=1)=(1x)(x=1)=11=1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\ln(x) - \ln(1)}{x-1} = (\ln(x))'(x=1) = \left( \dfrac{1}{x} \right)(x=1) = \dfrac{1}{1} = 1. On donc :
limx12x21ln(x)=11\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}-1}{\ln(x)} = - \dfrac{1}{1}
Finalement :
limx12x21ln(x)=1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{\sqrt{2-x^2}-1}{\ln(x)} = - 1
Question 2

Soit xR/ex \in \mathbb{R}/{e}. La valeur de la limite limxexeln(x)1\lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{\sqrt{x}-\sqrt{e}}{\ln(x)-1} est :
a.\bf{a.} 00                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} ee
c.\bf{c.} 11                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} e2\dfrac{\sqrt{e}}{2}

Correction
la bonne reˊponse est d\red{\text{la bonne réponse est } d}
Il faut utiliser la meˊthode de l’expression conjugueˊe du numeˊrateur xe\red{\boxed{\text{Il faut utiliser la méthode de l'expression conjuguée du numérateur } \sqrt{x}-\sqrt{e}}}
En effet, on a :
limxexeln(x)1=limxe(xeln(x)1×x+ex+e)=limxex2e2(ln(x)1)(x+e)=limxexe(ln(x)1)(x+e)=limxe1ln(x)1xe×(x+e)\lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{\sqrt{x}-\sqrt{e}}{\ln(x)-1} = \lim_{x \longrightarrow e} \left( \dfrac{\sqrt{x}-\sqrt{e}}{\ln(x)-1} \times \dfrac{\sqrt{x}+\sqrt{e}}{\sqrt{x}+\sqrt{e}} \right) = \lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{\sqrt{x}^2-\sqrt{e}^2}{\left(\ln(x)-1\right) \left( \sqrt{x}+\sqrt{e} \right)} = \lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{x-e}{\left(\ln(x)-1\right) \left( \sqrt{x}+\sqrt{e} \right)} = \lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{1}{\dfrac{\ln(x)-1}{x-e} \times \left(\sqrt{x}+\sqrt{e} \right)}
Soit :
limxexeln(x)1=1limxeln(x)1xe×limxe1x+e=1limxeln(x)ln(e)xe×limxe1x+e\lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{\sqrt{x}-\sqrt{e}}{\ln(x)-1} = \dfrac{1}{\displaystyle{\lim_{x \longrightarrow e}}\dfrac{\ln(x)-1}{x-e} } \times \lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{1}{\sqrt{x}+\sqrt{e}} = \dfrac{1}{\displaystyle{\lim_{x \longrightarrow e}}\dfrac{\ln(x)-\ln(e)}{x-e} } \times \lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{1}{\sqrt{x}+\sqrt{e}}
Mais limxe1x+e=1e+e=12e\lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{1}{\sqrt{x}+\sqrt{e}} = \dfrac{1}{\sqrt{e}+\sqrt{e}} = \dfrac{1}{2\sqrt{e}}. Puis limxeln(x)ln(e)xe\lim_{x \longrightarrow e}\dfrac{\ln(x)-\ln(e)}{x-e} représente le nombre dérivé de ln(x)\ln(x) pris en ee, à savoir (ln(x))(x=e)=(1x)(x=e)=1e\left( \ln(x) \right)'(x=e) = \left( \dfrac{1}{x} \right)'(x=e) = \dfrac{1}{e}. Donc, on obtient :
limxexeln(x)1=11e×12e=e×12e=e2e=e×e2e\lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{\sqrt{x}-\sqrt{e}}{\ln(x)-1} = \dfrac{1}{\dfrac{1}{e}} \times \dfrac{1}{2\sqrt{e}} = e \times \dfrac{1}{2\sqrt{e}} = \dfrac{e}{2\sqrt{e}} = \dfrac{\sqrt{e} \times \sqrt{e}}{2\sqrt{e}}
En simplifiant par e\sqrt{e}, on trouve que :
limxexeln(x)1=e2\lim_{x \longrightarrow e} \dfrac{\sqrt{x}-\sqrt{e}}{\ln(x)-1} = \dfrac{\sqrt{e}}{2}
Question 3

Soit x>1x > 1. La valeur de la limite limx1xπ1x21\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^\pi-1}{x^{\sqrt{2}}-1} est :
a.\bf{a.} π2\dfrac{\pi}{2}                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} π2\dfrac{\pi}{\sqrt{2}}
c.\bf{c.} 2π\dfrac{2}{\pi}                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} 2π-\dfrac{\sqrt{2}}{\pi}

Correction
la bonne reˊponse est b\red{\text{la bonne réponse est } b}
Il faut faire apparaitre des nombres deˊriveˊs en 1\red{\boxed{\text{Il faut faire apparaitre des nombres dérivés en } 1}}
En effet, on a :
limx1xπ1x21=limx1(xπ1x1×x1x21)=limx1(xπ1x1×1x21x1)=limx1xπ1x1×1limx1x21x1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^\pi-1}{x^{\sqrt{2}}-1} = \lim_{x \longrightarrow 1} \left( \dfrac{x^\pi-1}{x-1} \times \dfrac{x-1}{x^{\sqrt{2}}-1} \right) = \lim_{x \longrightarrow 1} \left( \dfrac{x^\pi-1}{x-1} \times \dfrac{1}{\dfrac{x^{\sqrt{2}}-1}{x-1}} \right) = \lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^\pi-1}{x-1} \times \dfrac{1}{\displaystyle{\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^{\sqrt{2}}-1}{x-1} }}
Or, le terme limx1xπ1x1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^\pi-1}{x-1} représente le nombre dérivé de xπx^\pi en 11, et limx1x21x1\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^{\sqrt{2}}-1}{x-1} représente le nombre dérivé de xπx^\pi en 11. Ainsi, on a :
limx1xπ1x21=(xπ)(x=1)×1(x2)(x=1)=(πxπ1)(x=1)×1(2x21)(x=1)=π1π1×12121=π×12\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^\pi-1}{x^{\sqrt{2}}-1} = \left( x^\pi \right)'(x=1) \times \dfrac{1}{\left( x^{\sqrt{2}} \right)'(x=1)} = \left( \pi x^{\pi-1} \right)(x=1) \times \dfrac{1}{\left( \sqrt{2}x^{\sqrt{2}-1} \right)(x=1)} = \pi 1^{\pi-1} \times \dfrac{1}{\sqrt{2}1^{\sqrt{2}-1} } = \pi \times \dfrac{1}{\sqrt{2}}
Finalement :
limx1xπ1x21=π2\lim_{x \longrightarrow 1} \dfrac{x^\pi-1}{x^{\sqrt{2}}-1} = \dfrac{\pi}{\sqrt{2}}
Question 4

Soit aa un réel strictement positif, et différent de 11. Soit xx un réel strictement positif, et différent de aa. La valeur de la limite limxaxaaxxa\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{x^a-a^x}{x-a} est :
a.\bf{a.} ln(a)a\dfrac{\ln(a)}{a}                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} 1ln(a)a\dfrac{1-\ln(a)}{a}
c.\bf{c.} aaln(a)a^a \ln(a)                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} aa(1ln(a))a^a \left(1-\ln(a) \right)

Correction
la bonne reˊponse est d\red{\text{la bonne réponse est } d}
Par des jeux d’eˊcriture, il faut faire apparaitre des nombres deˊriveˊs en a\red{\boxed{\text{Par des jeux d'écriture, il faut faire apparaitre des nombres dérivés en } a}}
En effet, on a :
limxaxaaxxa=limxaxaax+aaaaxa=limxa(xaaaxaaxaaxa)=limxaxaaaxalimxaaxaaxa=(xa)(x=a)(ax)(x=a)\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{x^a-a^x}{x-a} = \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{x^a-a^x + a^a - a^a}{x-a} = \lim_{x \longrightarrow a} \left( \dfrac{x^a-a^a}{x-a} - \dfrac{a^x-a^a}{x-a} \right) = \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{x^a-a^a}{x-a} - \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{a^x-a^a}{x-a} = \left( x^a \right)'(x=a) - \left( a^x \right)'(x=a)
Et on a :
(xa)(x=a)=(axa1)(x=a)=aaa1=aa\left( x^a \right)'(x=a) = \left(a x^{a-1}\right)(x=a) = a a^{a-1} = a^a
Mais aussi :
(ax)(x=a)=(eln(ax))(x=a)=(exln(a))(x=a)=((xln(a))exln(a))(x=a)=(ln(a)exln(a))(x=a)=(ln(a)ax)(x=a)=ln(a)aa\left( a^x \right)'(x=a) = \left( e^{\ln(a^x)} \right)'(x=a) = \left( e^{x\ln(a)} \right)'(x=a) = \left( \left( x\ln(a) \right)' e^{x\ln(a)} \right)(x=a) = \left( \ln(a) \, e^{x\ln(a)} \right)(x=a) = \left( \ln(a) \, a^x \right)(x=a) = \ln(a) \, a^a
Donc, on obtient :
limxaxaaxxa=aaln(a)aa\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{x^a-a^x}{x-a} = a^a - \ln(a) \, a^a
En factorisant par le terme aaa^a on trouve alors :
limxaxaaxxa=aa(1ln(a))\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{x^a-a^x}{x-a} = a^a \left( 1- \ln(a) \right)
Question 5

Soit aa et bb deux nombres réels strictement positifs. La valeur de la limite limx0axbxx\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x-b^x}{x} est :
a.\bf{a.} ln(ab)\ln \left(\dfrac{a}{b}\right)                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} ln(a)a+ln(b)\dfrac{\ln(a)}{a+\ln(b)}
c.\bf{c.} ln(ab)\ln(a-b)                                                           \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} bln(a)b\ln \left (a \right)

Correction
la bonne reˊponse est a\red{\text{la bonne réponse est } a}
Par des jeux d’eˊcriture, il faut faire apparaitre des nombres deˊriveˊs en 0\red{\boxed{\text{Par des jeux d'écriture, il faut faire apparaitre des nombres dérivés en } 0}}
En effet, on a :
limx0axbxx=limx0axbx+11x0=limx0ax1(bx1)x0=limx0ax1x0limx0bx1x0=limx0axa0x0limx0bxb0x0=(ax)(x=0)(bx)(x=0)\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x-b^x}{x} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x-b^x + 1 - 1}{x - 0} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x - 1 - \left( b^x - 1 \right)}{x - 0} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x - 1}{x - 0} - \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{b^x - 1}{x - 0} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x - a^0}{x - 0} - \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{b^x - b^0}{x - 0} = \left( a^x \right)'(x=0) - \left( b^x \right)'(x=0)
Ce qui nous donne encore :
limx0axbxx=(eln(ax))(x=0)(eln(bx))(x=0)=(exln(a))(x=0)(exln(b))(x=0)=((xln(a))exln(a))(x=0)((xln(b))exln(b))(x=0)\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x-b^x}{x} = \left( e^{\ln(a^x)} \right)'(x=0) - \left( e^{\ln(b^x)} \right)'(x=0) = \left( e^{x\ln(a)} \right)'(x=0) - \left( e^{x\ln(b)} \right)'(x=0) = \left( (x\ln(a))' e^{x\ln(a)} \right)(x=0) - \left( (x\ln(b))' e^{x\ln(b)} \right)'(x=0)
Soit :
limx0axbxx=(ln(a)exln(a))(x=0)((ln(b)exln(b))(x=0)=(ln(a)xa)(x=0)(ln(b)xb)(x=0)=ln(a)0aln(b)0b=ln(a)×1ln(b)×1=ln(a)ln(b)\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x-b^x}{x} = \left( \ln(a) \, e^{x\ln(a)} \right)(x=0) - \left( (\ln(b) \, e^{x\ln(b)} \right)'(x=0) = \left( \ln(a) \, x^a \right)(x=0) - \left( \ln(b) x^b \right)'(x=0) = \ln(a) \, 0^a - \ln(b) \, 0^b = \ln(a) \times 1 - \ln(b) \times 1 = \ln(a) - \ln(b)
Finalement, on trouve que :
limx0axbxx=ln(ab)\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{a^x-b^x}{x} = \ln \left(\dfrac{a}{b}\right)
Question 6

La valeur de la limite limx0(ex1)ln(1+x)1+x21\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{\left(e^x - 1 \right)\ln(1+x)}{\sqrt{1+x^2}-1} est :
a.\bf{a.} 00                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\, b.\bf{b.} 11
c.\bf{c.} 22                                                                   \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} ++\infty

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Par exemple, on peut faire usage des eˊquivalents usuels en zeˊro\red{\boxed{\text{Par exemple, on peut faire usage des équivalents usuels en zéro}}}
En effet, pour la quantité réelle X0X \longrightarrow 0, on a les équivalents usuels suivants :
eX01+X\,\,\, \bullet \,\,\, e^X \underset{0}{\sim} 1+X
ln(1+X)0X\,\,\, \bullet \,\,\, \ln(1+X) \underset{0}{\sim} X
1+X01+12X\,\,\, \bullet \,\,\, \sqrt{1+X} \underset{0}{\sim} 1+ \dfrac{1}{2}X
Donc, on en déduit que si x0x \longrightarrow 0 alors :
ex01+x\,\,\, \bullet \,\,\, e^x \underset{0}{\sim} 1+x
ln(1+x)0x\,\,\, \bullet \,\,\, \ln(1+x) \underset{0}{\sim} x
1+x201+12x2\,\,\, \bullet \,\,\, \sqrt{1+x^2} \underset{0}{\sim} 1+ \dfrac{1}{2}x^2
Ainsi :
limx0(ex1)ln(1+x)1+x21=limx0(1+x1)×x1+12x21=limx0x×x12x2=limx0x212x2=limx0112=limx02\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{\left(e^x - 1 \right)\ln(1+x)}{\sqrt{1+x^2}-1} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{\left(1+x - 1 \right)\times x}{1+ \dfrac{1}{2}x^2-1} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{x\times x}{ \dfrac{1}{2}x^2} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{x^2}{ \dfrac{1}{2}x^2} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{1}{ \dfrac{1}{2}} = \lim_{x \longrightarrow 0} 2
Finalement, on a :
limx0(ex1)ln(1+x)1+x21=2\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{\left(e^x - 1 \right)\ln(1+x)}{\sqrt{1+x^2}-1} = 2
Question 7

La valeur de la limite limx+(x+x+xx)\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} - \sqrt{x} \right) est :
a.\bf{a.} 00                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\, b.\bf{b.} 12\dfrac{1}{2}
c.\bf{c.} 11                                                                   \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} ++\infty

Correction
la bonne reˊponse est b\red{\text{la bonne réponse est } b}
Utiliser l’expression conjugueˊe, puis une factorisation\red{\boxed{\text{Utiliser l'expression conjuguée, puis une factorisation}}}
En effet, on a :
limx+(x+x+xx)=limx+(x+x+xx)×x+x+x+xx+x+x+x=limx+x+x+x2x2x+x+x+x\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} - \sqrt{x} \right) = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} - \sqrt{x} \right) \times \dfrac{\sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} + \sqrt{x}}{\sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} + \sqrt{x}} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{\sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}}^2 - \sqrt{x}^2}{\sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} + \sqrt{x}}
Ce qui nous donne :
limx+(x+x+xx)=limx+x+x+xxx+x+x+x=limx+x+xx+x+x+x=limx+x(1+xx)x(1+xx2+xx4)+x\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} - \sqrt{x} \right) = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{x + \sqrt{x + \sqrt{x}} - x}{\sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} + \sqrt{x}} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{\sqrt{x + \sqrt{x}}}{\sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} + \sqrt{x}} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{\sqrt{x \left(1+\dfrac{\sqrt{x}}{x} \right)}}{\sqrt{x \left(1 + \sqrt{\dfrac{x}{x^2} + \sqrt{\dfrac{x}{x^4}}}\right)} + \sqrt{x}}
En factorisant par x\sqrt{x}, on obtient :
limx+(x+x+xx)=limx+x1+1xx(1+1x+1x3+1)=limx+1+1x1+1x+1x3+1=limx+1+01+0+0+1=limx+11+1\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} - \sqrt{x} \right) = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{\sqrt{x}\sqrt{1+\dfrac{1}{\sqrt{x}}}}{\sqrt{x}\left(\sqrt{1 + \sqrt{\dfrac{1}{x} + \sqrt{\dfrac{1}{x^3}}}} + 1\right)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{\sqrt{1+\dfrac{1}{\sqrt{x}}}}{\sqrt{1 + \sqrt{\dfrac{1}{x} + \sqrt{\dfrac{1}{x^3}}}} + 1} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{\sqrt{1+0}}{\sqrt{1 + \sqrt{0 + \sqrt{0}}} + 1} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{\sqrt{1}}{\sqrt{1}+1}
Donc :
limx+(x+x+xx)=limx+11+1=limx+12\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} - \sqrt{x} \right) = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{1}{1+1} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \dfrac{1}{2}
Finalement, on a :
limx+(x+x+xx)=12\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \sqrt{x + \sqrt{x + \sqrt{x}}} - \sqrt{x} \right) = \dfrac{1}{2}
Question 8

La valeur de la limite limx0sin(x)tan(x)\lim_{x \longrightarrow 0} \left| \, \sin(x) \, \right|^{\tan(x)} est :
a.\bf{a.} 00                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\, b.\bf{b.} 12\dfrac{1}{2}
c.\bf{c.} 11                                                                   \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} ++\infty

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Utiliser les eˊquivalents usuels en zeˊro\red{\boxed{\text{Utiliser les équivalents usuels en zéro}}}
En effet, on a :
En effet, pour la quantité réelle X0X \longrightarrow 0, on a les équivalents usuels suivants :
sin(X)0X\,\,\, \bullet \,\,\, \sin(X) \underset{0}{\sim} X
tan(X)0X\,\,\, \bullet \,\,\, \tan(X) \underset{0}{\sim} X
Donc, on en déduit que si x0x \longrightarrow 0 alors :
sin(x)01+x\,\,\, \bullet \,\,\, \sin(x) \underset{0}{\sim} 1+x
tan(x)0x\,\,\, \bullet \,\,\, \tan(x) \underset{0}{\sim} x
Ainsi :
limx0sin(x)tan(x)=limx0xx=limx0eln(xx)=limx0exln(x)=elimx0xln(x)\lim_{x \longrightarrow 0} \left| \, \sin(x) \, \right|^{\tan(x)} = \lim_{x \longrightarrow 0} \left| \, x \, \right|^{x} = \lim_{x \longrightarrow 0} e^{\ln\left(\left| \, x \, \right|^{x}\right)} = \lim_{x \longrightarrow 0} e^{x\ln\left(\left| \, x \, \right|\right)} = e^{\,\displaystyle{\lim_{x \longrightarrow 0}} x\ln\left(\left| \, x \, \right|\right)}
Mais, on sait que :
limx0=xln(x)=0\lim_{x \longrightarrow 0} = x\ln\left(\left| \, x \, \right|\right) = 0
Ce qui implique que :
limx0sin(x)tan(x)=e0\lim_{x \longrightarrow 0} \left| \, \sin(x) \, \right|^{\tan(x)} = e^0
Finalement :
limx0sin(x)tan(x)=1\lim_{x \longrightarrow 0} \left| \, \sin(x) \, \right|^{\tan(x)} = 1
Question 9

La valeur de la limite limx+(ln(x+1)ln(x))xln(x)\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x+1)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} est :
a.\bf{a.} 00                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\, b.\bf{b.} 11
c.\bf{c.} ee                                                                   \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} ++\infty

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Utiliser les eˊquivalents usuels et des jeux d’eˊcritures\red{\boxed{\text{Utiliser les équivalents usuels et des jeux d'écritures}}}
En effet, on a :
limx+(ln(x+1)ln(x))xln(x)=limx+(ln(x(1+1x))ln(x))xln(x)=limx+(ln(x)+ln(1+1x)ln(x))xln(x)=limx+(ln(x)+ln(1+1x)ln(x))xln(x)\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x+1)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln\left(x\left(1+\dfrac{1}{x}\right)\right)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x) + \ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x) + \ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)}
Ce qui nous donne :
limx+(ln(x+1)ln(x))xln(x)=limx+(ln(x)ln(x)+ln(1+1x)ln(x))xln(x)=limx+(1+ln(1+1x)ln(x))xln(x)\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x+1)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left(\dfrac{\ln(x)}{\ln(x)} + \, \dfrac{ \ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left(1 + \, \dfrac{ \ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)}
Mais, on sait que pour X0X \longrightarrow 0, on a l'équivalence ln(1+X)0X\ln(1+X) \underset{0}{\sim} X. Ainsi, en posant 1x=X\dfrac{1}{x} = X, on a 1x+\dfrac{1}{x} \longrightarrow +\infty, et de fait ln(1+1x)+1x\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right) \underset{+\infty}{\sim} \dfrac{1}{x}. Donc, on peut écrire que :
limx+(ln(x+1)ln(x))xln(x)=limx+(1+1xln(x))xln(x)=limx+(1+1xln(x))xln(x)\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x+1)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left(1 + \, \dfrac{ \dfrac{1}{x}}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} \left(1 + \, \dfrac{ 1}{x\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)}
Afin de simplifier l'écriture, posons Q=xln(x)Q = x \ln(x). Comme x+x \longrightarrow +\infty alors xln(x)+x \ln(x) \longrightarrow +\infty, et de fait Q+Q \longrightarrow +\infty.
On a alors :
limx+(ln(x+1)ln(x))xln(x)=limQ+(1+1Q)Q=limQ+eln((1+1Q)Q)=limQ+eQln(1+1Q)\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x+1)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{Q \longrightarrow +\infty} \left(1 + \, \dfrac{ 1}{Q} \, \right)^Q = \lim_{Q \longrightarrow +\infty} e^{\ln\left(\left(1 + \, \frac{1}{Q} \, \right)^Q\right)} = \lim_{Q \longrightarrow +\infty} e^{Q\ln\left(1 + \, \frac{1}{Q} \, \right)}
En faisant usage de la relation d'équivalence ln(1+1Q)+1Q\ln\left(1+\dfrac{1}{Q}\right) \underset{+\infty}{\sim} \dfrac{1}{Q} on obtient :
limx+(ln(x+1)ln(x))xln(x)=limQ+eQ×1Q=limQ+eQQ=limQ+e1=limQ+e\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x+1)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = \lim_{Q \longrightarrow +\infty} e^{Q \times \frac{1}{Q}} = \lim_{Q \longrightarrow +\infty} e^{\frac{Q}{Q}} = \lim_{Q \longrightarrow +\infty} e^{1} =\lim_{Q \longrightarrow +\infty} e
Finalement :
limx+(ln(x+1)ln(x))xln(x)=e\lim_{x \longrightarrow +\infty} \left( \, \dfrac{\ln(x+1)}{\ln(x)} \, \right)^{x\ln(x)} = e
Question 10

La valeur de la limite limx+exxln(x)\lim_{x \longrightarrow +\infty} e^{\sqrt{\frac{x}{x-\ln(x)}}} est :
a.\bf{a.} 00                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\, b.\bf{b.} 11
c.\bf{c.} ee                                                                   \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} ++\infty

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Dans l’exponentielle, il faut factoriser par les termes preˊpondeˊrants\red{\boxed{\text{Dans l'exponentielle, il faut factoriser par les termes prépondérants}}}
En effet, on a :
limx+exxln(x)=limx+exx(1ln(x)x)=limx+e11ln(x)x=e11limx+ln(x)x\lim_{x \longrightarrow +\infty} e^{\sqrt{\frac{x}{x-\ln(x)}}} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} e^{\sqrt{\frac{x}{x \left( 1- \frac{\ln(x)}{x} \right)}}} = \lim_{x \longrightarrow +\infty} e^{\sqrt{\frac{1}{1- \frac{\ln(x)}{x} }}} = e^{\sqrt{\frac{1}{1- \lim_{x \longrightarrow +\infty}\frac{\ln(x)}{x} }}}
Or, par croissances comparées, on sait que :
limx+ln(x)x=0\lim_{x \longrightarrow +\infty}\frac{\ln(x)}{x} = 0
Ainsi, on en déduit que :
limx+exxln(x)=e110=e1\lim_{x \longrightarrow +\infty} e^{\sqrt{\frac{x}{x-\ln(x)}}} = e^{\sqrt{\frac{1}{1-0 }}} = e^1
Finalement, on obtient :
limx+exxln(x)=e\lim_{x \longrightarrow +\infty} e^{\sqrt{\frac{x}{x-\ln(x)}}} = e
Question 11

Soit xx un réel strictement positif. L'expression de la dérivée ff' de l'expression fonctionnelle f(x)=xxf(x) = x^x est :
a.\bf{a.} xx1ln(x)x^{x-1} \ln(x)                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} xxx1x\, x^{x-1}
c.\bf{c.} (1+ln(x))xx\left( 1 + \ln(x) \right) \, x^x                                                                   \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} xxln(x)x^{x} \ln(x)

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Transformer l’expression aˋ deˊriveˊe avec un logarithme et une exponentielle : xx=eln(xx)=exln(x)\red{\boxed{\text{Transformer l'expression à dérivée avec un logarithme et une exponentielle : } x^x = e^{\ln(x^x)} = e^{x \ln(x)}}}
En effet :
f(x)=xx=eln(xx)=exln(x)f(x) = x^x = e^{\ln \left( x^x \right)} = e^{x \ln(x)}
Donc :
f(x)=(exln(x))=(xln(x))×exln(x)=(xln(x)+xln(x))×eln(xx)=(1×ln(x)+x×1x)×xx=(ln(x)+xx)×xx=(ln(x)+1)×xxf'(x) = \left( e^{x \ln(x)}\right)' = \left( x \ln(x) \right)' \times e^{x \ln(x)} = \left( x' \ln(x) + x \ln'(x) \right)' \times e^{\ln(x^x)} = \left( 1 \times \ln(x) + x \times \dfrac{1}{x}\right) \times x^x = \left( \ln(x) + \dfrac{x}{x}\right) \times x^x = \left( \ln(x) +1 \right) \times x^x
Finalement :
f(x)=(1+ln(x))xxf'(x) = \left( 1 + \ln(x) \right) \, x^x
Question 12

Soit xx un réel non nul. L'expression de la dérivée ff' de l'expression fonctionnelle f(x)=x2sin(πx)f(x) = x^2 \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) est :
a.\bf{a.} 2xsin(πx)2x \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right)                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} 2x(sin(πx)πcos(πx))2x \left(\sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) - \pi \cos\left( \dfrac{\pi}{x} \right) \right)
c.\bf{c.} 2xπcos(πx)2x \pi \cos\left( \dfrac{\pi}{x} \right)                                                                         \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} 2xsin(πx)πcos(πx)2x \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) - \pi \cos\left( \dfrac{\pi}{x} \right)

Correction
la bonne reˊponse est d\red{\text{la bonne réponse est } d}
Utiliser la deˊrivation d’un produit et la deˊrivation d’une fonction composeˊe\red{\boxed{\text{Utiliser la dérivation d'un produit et la dérivation d'une fonction composée}}}
En effet :
f(x)=(x2sin(πx))=(x2)sin(πx)+x2(sin(πx))=2xsin(πx)+x2(πx)cos(πx)=2xsin(πx)+x2(πx2)cos(πx)=2xsin(πx)x2πx2cos(πx)f'(x) = \left( x^2 \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right)\right)' = \left( x^2 \right)' \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) + x^2 \left( \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right)\right)' = 2x \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) + x^2 \left( \dfrac{\pi}{x} \right)' \cos\left( \dfrac{\pi}{x} \right) = 2x \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) + x^2 \left( -\dfrac{\pi}{x^2} \right) \cos\left( \dfrac{\pi}{x} \right) = 2x \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) - \dfrac{x^2\pi}{x^2} \cos\left( \dfrac{\pi}{x} \right)
Comme x0x \neq 0, on peut donc simplifier par x2x^2, et on obtient :
f(x)=2xsin(πx)πcos(πx)f'(x) = 2x \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) - \pi\cos\left( \dfrac{\pi}{x} \right)
Question 13

Soit xx un réel. On considère la fonction ff définie par :
\,\, \bullet \,\, si x0x \neq 0 alors f(x)=x2sin(πx)f(x) = x^2 \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right)
\,\, \bullet \bullet \,\, si x=0x = 0 alors f(x)=0f(x) = 0
Le nombre dérivée en x=0x=0 est :
a.\bf{a.} π\pi                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} ++\infty
c.\bf{c.} 00                                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} - \infty

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Utiliser la deˊfinition du nombre deˊriveˊe en zeˊro, c’est-aˋ-dire la limite du taux de variation en zeˊro\red{\boxed{\text{Utiliser la définition du nombre dérivée en zéro, c'est-à-dire la limite du taux de variation en zéro}}}
En effet :
limx0f(x)f(0)x0=limx0x2sin(πx)0x0=limx0x2sin(πx)x=limx0xsin(πx)\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{x^2 \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right)-0}{x-0} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{x^2 \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right)}{x} = \lim_{x \longrightarrow 0} x \sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right)
Le terme sin(πx)\sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right) est toujours compris entre 1-1 et 11, donc, de part la présence du terme xx devant sin(πx)\sin\left( \dfrac{\pi}{x} \right), on en déduit immédiatement que :
limx0f(x)f(0)x0=0\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{f(x)-f(0)}{x-0} = 0
La fonction ff est donc dérivable en x=0x=0, et on a f(0)=limx0f(x)f(0)x0=0f'(0) = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{f(x)-f(0)}{x-0} = 0.

Question 14

Soit xx un réel. On considère la fonction ff définie par :
\,\, \bullet \,\, si x0x \neq 0 alors f(x)=xsin(1x)f(x) = x \sin\left( \dfrac{1}{x} \right)
\,\, \bullet \bullet \,\, si x=0x = 0 alors f(x)=0f(x) = 0
La dérivée en x=0x=0 est :
a.\bf{a.} 00                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} n'existe pas
c.\bf{c.} 11                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} π\pi

Correction
la bonne reˊponse est b\red{\text{la bonne réponse est } b}
Utiliser la deˊfinition du nombre deˊriveˊe en zeˊro, c’est-aˋ-dire la limite du taux de variation en zeˊro\red{\boxed{\text{Utiliser la définition du nombre dérivée en zéro, c'est-à-dire la limite du taux de variation en zéro}}}
En effet :
limx0f(x)f(0)x0=limx0xsin(1x)0x0=limx0xsin(1x)x=limx0sin(1x)\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{x \sin\left( \dfrac{1}{x} \right)-0}{x-0} = \lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{x \sin\left( \dfrac{1}{x} \right)}{x} = \lim_{x \longrightarrow 0} \sin\left( \dfrac{1}{x} \right)
Posons X=1xX = \dfrac{1}{x}. Comme x0x \longrightarrow 0 on en déduit (suivant le signe de xx) que X±X \longrightarrow \pm \infty. Dans ce cas on obtient :
limx0f(x)f(0)x0=limx±sin(X)\lim_{x \longrightarrow 0} \dfrac{f(x)-f(0)}{x-0} = \lim_{x \longrightarrow \pm \infty} \sin\left( X \right)
Comme le sinus est constamment oscillant entre 1-1 et 11, on en déduit que cette limite n'existe pas.
Question 15

Soit xx un réel strictement supérieur à 11. L'expression de la dérivée ff' de l'expression fonctionnelle f(x)=xln(ln(x))ln(x)f(x) = x^{\frac{\ln\left( \ln(x) \right)}{\ln(x)}} est :
a.\bf{a.} ln(x)\ln(x)                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} exx\dfrac{e^x}{x}
c.\bf{c.} 1x\dfrac{1}{x}                                                                                         \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} 11

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Simplifier l’expression de la fonction avant de deˊbuter le processus classique de deˊrivation\red{\boxed{\text{Simplifier l'expression de la fonction avant de débuter le processus classique de dérivation}}}
En effet :
f(x)=xln(ln(x))ln(x)=eln(xln(ln(x))ln(x))=eln(ln(x))ln(x)ln(x)f(x) = x^{\frac{\ln\left( \ln(x) \right)}{\ln(x)}} = e^{\ln \left( x^{\frac{\ln\left( \ln(x) \right)}{\ln(x)}} \right)} = e^{\frac{\ln\left( \ln(x) \right)}{\ln(x)} \ln(x)}
Comme x>1x>1 alors ln(x)0\ln(x) \neq 0 et donc il est possible de simplifier par ln(x)\ln(x). On obtient alors :
f(x)=xln(ln(x))ln(x)=eln(ln(x))=ln(x)f(x) = x^{\frac{\ln\left( \ln(x) \right)}{\ln(x)}} = e^{\ln\left( \ln(x) \right)} = \ln(x)
Ainsi :
f(x)=ln(x)f(x) = \ln(x)
Finalement :
f(x)=1xf'(x) = \dfrac{1}{x}
Question 16

Soit xx un réel strictement positif. L'expression de la dérivée ff' de l'expression fonctionnelle f(x)=xxxf(x) = x^{x^{x}} est :
a.\bf{a.} (xln(x)(1+ln(x))+1)xxx+x1\left( x \ln(x) \left( 1 + \ln(x) \right) + 1 \right) \, x^{x^{x} + x-1}                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} (2xln(x)+1)xxx\left( 2x \ln(x) + 1 \right) \, x^{x^{x}}
c.\bf{c.} (1+2x2ln(x))x2x\left( 1 + 2x^2\ln(x) \right) \, x^{2x}                                                                                                                       \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} (2xln2(x)+ln(x))x1+xx\left( 2x \ln^2(x) + \ln(x) \right) \, x^{1 +x^{x}}

Correction
la bonne reˊponse est a\red{\text{la bonne réponse est } a}
Reˊeˊcrire l’expression de la fonction proposeˊe avec l’exponentielle et le logarithme neˊpeˊrien\red{\boxed{\text{Réécrire l'expression de la fonction proposée avec l'exponentielle et le logarithme népérien}}}
En effet :
f(x)=xxx=eln(xxx)=eln(x(xx))=exxln(x)f(x) = x^{x^{x}} = e^{\ln\left( x^{x^{x}} \right)} = e^{\ln \left( x^{\left( x^x \right)} \right)} = e^{x^x \ln \left( x \right)}
Donc, en dérivant on obtient :
f(x)=(xxx)=(exxln(x))=(xxln(x))exxln(x)=(xxln(x))xxxf'(x) = \left( x^{x^{x}} \right)' = \left( e^{x^x \ln (x)} \right)' = \left( x^x \ln(x) \right)' e^{x^x \ln(x)} = \left( x^x \ln(x) \right)' x^{x^{x}}
Mais, on a :
(xxln(x))=(xx)ln(x)+xx(ln(x))=(xx)ln(x)+xx1x=(xx)ln(x)+xxx1=(xx)ln(x)+xx1 \left( x^x \ln(x) \right)' = (x^x)' \ln(x) + x^x (\ln(x))' = (x^x)' \ln(x) + x^x \dfrac{1}{x} = (x^x)' \ln(x) + x^x x^{-1} = (x^x)' \ln(x) + x^{x-1}
Mais, on sait que :
(xx)=(exln(x))=(xln(x))×exln(x)=(xln(x)+xln(x))×eln(xx)=(1×ln(x)+x×1x)×xx=(ln(x)+xx)×xx=(ln(x)+1)×xx(x^x)' = \left( e^{x \ln(x)}\right)' = \left( x \ln(x) \right)' \times e^{x \ln(x)} = \left( x' \ln(x) + x \ln'(x) \right)' \times e^{\ln(x^x)} = \left( 1 \times \ln(x) + x \times \dfrac{1}{x}\right) \times x^x = \left( \ln(x) + \dfrac{x}{x}\right) \times x^x = \left( \ln(x) +1 \right) \times x^x
Soit :
(xx)=(1+ln(x))xx(x^x)' = \left( 1 + \ln(x) \right) \, x^x
Ainsi, on a :
(xxln(x))=(1+ln(x))xxln(x)+xx1 \left( x^x \ln(x) \right)' = \left( 1 + \ln(x) \right) \, x^x \ln(x) + x^{x-1}
Ce qui nous permet d'écrire que :
f(x)=((1+ln(x))ln(x)xx+xx1)xxx=((1+ln(x))ln(x)xx1x+xx1)xxx=((1+ln(x))ln(x)x+1)xxxxx1=((1+ln(x))ln(x)x+1)xxx+x1f'(x) = \left( \left( 1 + \ln(x) \right) \ln(x) \, x^x + x^{x-1} \right) x^{x^{x}} = \left( \left( 1 + \ln(x) \right) \ln(x) \, x^{x-1}x + x^{x-1} \right) x^{x^{x}} = \left( \left( 1 + \ln(x) \right) \ln(x) \, x + 1 \right) x^{x^{x}} x^{x-1} = \left( \left( 1 + \ln(x) \right) \ln(x) \, x + 1 \right) x^{x^{x} + x-1}
Finalement, on trouve que :
f(x)=(xln(x)(1+ln(x))+1)xxx+x1f'(x) = \left( x \ln(x) \left( 1 + \ln(x) \right) + 1 \right) \, x^{x^{x} + x-1}
Question 17

Soit xx un réel différent de 66. La valeur de l'intégrale 12x27x+10x6dx\int_{1}^{2} \dfrac{x^2-7x+10}{x-6} \, dx est :
a.\bf{a.} 1+4ln(45)2\dfrac{1 + 4\ln\left( \dfrac{4}{5} \right)}{2}                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} 1+8ln(45)2\dfrac{1 + 8\ln\left( \dfrac{4}{5} \right)}{2}
c.\bf{c.} 1+4ln(54)2\dfrac{1 + 4\ln\left( \dfrac{5}{4} \right)}{2}                                                                                 \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} 18ln(54)2\dfrac{1 - 8\ln\left( \dfrac{5}{4} \right)}{2}

Correction
la bonne reˊponse est b\red{\text{la bonne réponse est } b}
Utiliser une deˊcomposition de la fonction, par exemple avec une division euclidienne ou faire usage de jeux d’eˊcritures\red{\boxed{\text{Utiliser une décomposition de la fonction, par exemple avec une division euclidienne ou faire usage de jeux d'écritures}}}
En effet, le terme x27x+10x6\dfrac{x^2-7x+10}{x-6} peut être perçu comme la division euclidienne de x27x+10x^2-7x+10 par x6x-6. Donc on a :
x27x+10x6(x26x+0)x1=x+10(x+6)=4\begin{array}{rrrr|ccc} & x^2 & -7x & +10 & x & - & 6 \\ - ( & x^2 & -6x & +0) & x & - & 1 \\ = & & -x & +10 & & & \\ & - ( & -x & +6) & & & \\ & = & & 4 & & & \\\end{array}
Ce qui nous donne :
x27x+10=(x1)(x6)+4x^2-7x+10 = (x-1) \, (x-6) + 4
Soit :
x27x+10x6=(x1)(x6)+4x6=(x1)(x6)x6+4x6=x1+4x6\dfrac{x^2-7x+10}{x-6} = \dfrac{(x-1) \, (x-6) + 4}{x-6} = \dfrac{(x-1) \, (x-6) }{x-6} + \dfrac{4}{x-6} = x-1 + \dfrac{4}{x-6}
Ainsi, on eut écrire que :
12x27x+10x6dx=12(x1+4x6)dx=12(x1)dx+12(4x6)dx=12(x1)dx+412(1x6)dx=12(x1)dx+412((x6)x6)dx\int_{1}^{2} \dfrac{x^2-7x+10}{x-6} \, dx = \int_{1}^{2} \left( x-1 + \dfrac{4}{x-6} \right) \, dx = \int_{1}^{2} \left( x-1 \right) \, dx + \int_{1}^{2} \left( \dfrac{4}{x-6} \right) \, dx = \int_{1}^{2} \left( x-1 \right) \, dx + 4\int_{1}^{2} \left( \dfrac{1}{x-6} \right) \, dx = \int_{1}^{2} \left( x-1 \right) \, dx + 4\int_{1}^{2} \left( \dfrac{(x-6)'}{x-6} \right) \, dx
En intégrant, on obtient :
12x27x+10x6dx=[x22x]12+4[ln(x6)]12=(2222)(1221)+4ln(2616)=(0)(12)+4ln(45)=12+4ln(45)\int_{1}^{2} \dfrac{x^2-7x+10}{x-6} \, dx = \left[ \dfrac{x^2}{2}-x \right]_{1}^{2} + 4 \left[ \ln(x-6) \right]_{1}^{2} = \left( \dfrac{2^2}{2}-2 \right) - \left( \dfrac{1^2}{2}-1 \right) + 4 \ln\left( \dfrac{2-6}{1-6} \right) = \left(0 \right) - \left( -\dfrac{1}{2} \right) + 4 \ln\left( \dfrac{-4}{-5} \right) = \dfrac{1}{2}+4\ln\left( \dfrac{4}{5} \right)
Finalement :
12x27x+10x6dx=1+8ln(45)2\int_{1}^{2} \dfrac{x^2-7x+10}{x-6} \, dx = \dfrac{1 + 8\ln\left( \dfrac{4}{5} \right)}{2}
Question 18

Soit aa et bb deux nombres réels. Soit kk une constante réelle. les primitives de x+ax+b\dfrac{x + a}{x + b} sont de la forme :
a.\bf{a.} (ab)ln(x+b)+k(a-b) \ln(x+b) + k                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} x+(ab)ln(x+b)+kx + (a-b) \ln(x+b) + k
c.\bf{c.} (a+b)ln(x+ax+b)+k(a+b) \ln \left( \dfrac{x+a}{x+b}\right) + k                                                                       \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} x(1+(ab)ln(x+b))+kx \left(1 + (a-b) \ln(x+b)\right) + k

Correction
la bonne reˊponse est b\red{\text{la bonne réponse est } b}
Utiliser une deˊcomposition par jeu d’eˊcriture simple\red{\boxed{\text{Utiliser une décomposition par jeu d'écriture simple}}}
En effet :
x+ax+b=x+a+bbx+b=x+b+abx+b=x+bx+b+abx+b=1+(ab)1x+b=1+(ab)(x+b)x+b\dfrac{x + a}{x + b} = \dfrac{x + a + b - b}{x + b} = \dfrac{x + b + a-b}{x + b} = \dfrac{x + b}{x + b} + \dfrac{a-b}{x + b} = 1 + (a-b)\dfrac{1}{x + b} = 1 + (a-b)\dfrac{(x+b)'}{x + b}
En primitivant cette dernière expression, on trouve que la primitive recherchée est donnée par :
x+(ab)ln(x+b)+kx + (a-b) \ln(x+b) + k
Question 19

La valeur de l'intégrale I=0π2x2cos(x)dxI=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} x^2 \cos(x) \, dx est :
a.\bf{a.} 4π24\pi^2                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} π24\pi^2-4
c.\bf{c.} π\pi                                                                                       \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} π284\dfrac{\pi^2-8}{4}

Correction
la bonne reˊponse est d\red{\text{la bonne réponse est } d}
Il faut reˊaliser successivement deux inteˊgrations par parties\red{\boxed{\text{Il faut réaliser successivement deux intégrations par parties}}}
En effet, en effectuant une intégration par parties, on trouve que :
I=0π2x2cos(x)dx=[x2×sin(x)]0π20π22x×sin(x)dx=[x2sin(x)]0π220π2xsin(x)dxI=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} x^2 \cos(x) \, dx = \left[ x^2 \times \sin(x) \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} - \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} 2x \times \sin(x) \, dx = \left[ x^2 \sin(x) \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} - 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} x \sin(x) \, dx
Soit :
I=(π2)2sin(π2)02sin(0)20π2xsin(x)dxI = \left( \dfrac{\pi}{2}\right)^2 \sin\left( \dfrac{\pi}{2}\right) - 0^2 \sin\left( 0 \right) - 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} x \sin(x) \, dx
Comme sin(π2)=1\sin\left( \dfrac{\pi}{2}\right) = 1, on en déduit que :
I=π2420π2xsin(x)dxI = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} x \sin(x) \, dx
En effectuant une nouvelle intégration par parties, on obtient :
I=π2420π2xsin(x)dx=π242([x×(cos(x))]0π20π21×(cos(x))dx)=π24+2([xcos(x)]0π20π2cos(x)dx)I = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} x \sin(x) \, dx = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \left( \left[ x \times (-\cos(x)) \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} - \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} 1 \times (-\cos(x)) \, dx \right) = \dfrac{\pi^2}{4} + 2 \left( \left[ x \cos(x) \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} - \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \, dx \right)
Ce qui nous donne :
I=π24+2(π2cos(π2)0cos(0)0π2cos(x)dx)I = \dfrac{\pi^2}{4} + 2 \left( \dfrac{\pi}{2} \cos\left( \dfrac{\pi}{2}\right) - 0 \cos\left( 0 \right) - \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \, dx \right)
Comme cos(π2)=0\cos\left( \dfrac{\pi}{2}\right) = 0, on en déduit que :
I=π24+2(000π2cos(x)dx)=π2420π2cos(x)dx=π242[sin(x)]0π2=π242(sin(π2)sin(0))I = \dfrac{\pi^2}{4} + 2 \left( 0 - 0 - \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \, dx \right) = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \, dx = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \left[\sin(x) \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \left( \sin\left( \dfrac{\pi}{2}\right) - \sin(0) \right)
Soit :
I=π242(10)=π242×1=π242=π2484I = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \left( 1 - 0 \right) = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 \times 1 = \dfrac{\pi^2}{4} - 2 = \dfrac{\pi^2}{4} - \dfrac{8}{4}
Finalement :
I=0π2x2cos(x)dx=π284I=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} x^2 \cos(x) \, dx = \dfrac{\pi^2-8}{4}
Question 20

La valeur de l'intégrale 12341x(1x)dx\int_{\frac{1}{2}}^{\frac{3}{4}} \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} \, dx est :
a.\bf{a.} 4π2-4\pi^2                                                                               \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; b.\bf{b.} 00
c.\bf{c.} π6\dfrac{\pi}{6}                                                                                         \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; d.\bf{d.} ++\infty

Correction
la bonne reˊponse est c\red{\text{la bonne réponse est } c}
Il faut reˊaliser un changement de variable ou refleˊchir sur l’interpreˊtation geˊomeˊtrique de de l’inteˊgrale\red{\boxed{\text{Il faut réaliser un changement de variable ou refléchir sur l'interprétation géométrique de de l'intégrale}}}
\blue{\hookrightarrow} Meˊthode 1 : le changement de variable\blue{\text{Méthode 1 : le changement de variable}}
Dans l'intégrale 12341x(1x)dx\int_{\frac{1}{2}}^{\frac{3}{4}} \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} \, dx la présence du terme 1x\sqrt{1-x} nous rappelle l'expression trigonométrique 1sin2(X)\sqrt{1-\sin^2(X)} qui se simplifie drastiquement en cos(X)\cos(X). C'est pourquoi, on va poser le changement de variable suivant :
x=sin2(X)1x=1sin2(X)=cos2(X)x = \sin^2(X) \,\,\, \Longrightarrow \,\,\, 1-x = 1-\sin^2(X) = \cos^2(X)
Ce qui implique pour la dérivée :
dxdX=ddX(sin2(X))dxdX=2cos(X)sin(X)dx=2cos(X)sin(X)dX\dfrac{dx}{dX} = \dfrac{d}{dX}\left(\sin^2(X) \right) \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \dfrac{dx}{dX} = 2\cos(X)\sin(X) \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, dx = 2\cos(X)\sin(X) \, dX
En ce qui concerne les bornes de l'intégrale, on a :
\,\, \bullet \,\, Si x=12x=\dfrac{1}{2} alors sin2(X)=12\sin^2(X)=\dfrac{1}{2} et on en déduit que (puisque x>0x>0 dans le domaine d'intégration) sin(X)=+12=22\sin(X)=+\sqrt{\dfrac{1}{2}} = \dfrac{\sqrt{2}}{2}. Et dans ce cas on en déduit que X=π4X = \dfrac{\pi}{4}.
\,\, \bullet \bullet \,\, Si x=34x=\dfrac{3}{4} alors sin2(X)=34\sin^2(X)=\dfrac{3}{4} et on en déduit que (puisque x>0x>0 dans le domaine d'intégration) sin(X)=+34=32\sin(X)=+\sqrt{\dfrac{3}{4}} = \dfrac{\sqrt{3}}{2}. Et dans ce cas on en déduit que X=π3X = \dfrac{\pi}{3}.
Ainsi, l'intégrale devient :
12341x(1x)dx=π4π31sin2(X)cos2(X)2cos(X)sin(X)dX\int_{\frac{1}{2}}^{\frac{3}{4}} \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} \, dx = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} \dfrac{1}{\sqrt{\sin^2(X) \, \cos^2(X)}} \, 2\cos(X)\sin(X) \, dX
Sur l'intervalle [π4;π3]\left[ \frac{\pi}{4}\,;\, \frac{\pi}{3} \right] on a cos(X)>0\cos(X)>0 et sin(X)>0\sin(X)>0. Donc on a la simplification sin2(X)cos2(X)=sin(X)cos(X)\sqrt{\sin^2(X) \, \cos^2(X)} = \sin(X) \, \cos(X). D'où :
12341x(1x)dx=π4π31sin(X)cos(X)2cos(X)sin(X)dX=π4π32dX=2π4π31dX=2[X]π4π3=2(π3π4)=2(4π123π12)=2×π12=2π12\int_{\frac{1}{2}}^{\frac{3}{4}} \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} \, dx = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} \dfrac{1}{\sin(X) \, \cos(X)} \, 2\cos(X)\sin(X) \, dX = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} 2 \, dX = 2 \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} 1 \, dX = 2 [X]_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} = 2 \left( \frac{\pi}{3} - \frac{\pi}{4} \right) = 2 \left( \frac{4\pi}{12} - \frac{3\pi}{12} \right) = 2 \times \frac{\pi}{12} = \frac{2\pi}{12}
Finalement, on trouve que :
12341x(1x)dx=π6{\color{blue}{\boxed{\int_{\frac{1}{2}}^{\frac{3}{4}} \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} \, dx = \frac{\pi}{6}}}}
\blue{\hookrightarrow} Meˊthode 2 : interpreˊtation geˊomeˊtrique de l’inteˊgrale\blue{\text{Méthode 2 : interprétation géométrique de l'intégrale}}
Pour tout x[12;34]x\in\left[ \dfrac{1}{2} \,;\, \dfrac{3}{4}\right] on a x>0x>0 et 1x>01-x>0 ce qui implique que x(1x)>0x(1-x)>0, et de fait x(1x)>0\sqrt{x(1-x)}>0. On sait que l'inversion d'une expression ne change pas le signe. Donc on en déduit que l'expression à intégrer est positive sur l'intervalle d'intégration : 1x(1x)>0\dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} > 0. De plus, comme 12<34\dfrac{1}{2} < \dfrac{3}{4}, on en déduit immédiatement que :
12341x(1x)dx>0\int_{\frac{1}{2}}^{\frac{3}{4}} \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} \, dx > 0
A ce stade les réponses π6\frac{\pi}{6} et ++\infty sont possibles.
Or, sur l'intervalle [12;34]\left[ \dfrac{1}{2} \,;\, \dfrac{3}{4}\right] le terme à intégrer f(x)=1x(1x)f(x) = \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} est continu. Et on a f(x=12)=2f\left( x = \dfrac{1}{2} \right) = 2 et f(x=34)=43f\left( x = \dfrac{3}{4} \right) = \dfrac{4}{\sqrt{3}}, donc ce terme à intégrer est borné. Ainsi l'intégrale ne peut pas diverger, elle prend donc une valeur finie ; donc la proposition ++\infty est impossible.
Finalement, seule la valeur π6\frac{\pi}{6} est possible. D'où :
12341x(1x)dx=π6{\color{blue}{\boxed{\int_{\frac{1}{2}}^{\frac{3}{4}} \dfrac{1}{\sqrt{x \, (1-x)}} \, dx = \frac{\pi}{6}}}}