Soit f une fonction définie et continue sur [−7;7] par f(x)=−x3+6x2+1
Question 1
Calculer la dérivée de f.
Correction
Pour tout réel x appartenant à l'intervalle [−7;7], on a : f′(x)=−3x2+12x.
Question 2
Etudier le sens de variation de f et dresser son tableau de variation.
Correction
f′(x)=−3x2+12x Ici la dérivée est une fonction du 2ème degré. Pour l'étude du signe de −3x2+12x, on va utiliser le discriminant. Alors a=−3; b=12 et c=0. Or Δ=b2−4ac donc Δ=144. Il existe donc deux racines réelles distinctes.
x1=2a−b−Δ ce qui donne x1=4.
x2=2a−b+Δ ce qui donne x2=0.
Comme a=−3<0, la parabole est tournée vers le bas c'est-à-dire que f est du signe de a à l'extérieur des racines et du signe opposé à a entre les racines. On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 3
Déterminer une équation de la tangente T à la courbe Cf au point d'abscisse 1.
Correction
L'équation de la tangente au point d'abscisse a s'écrit y=f′(a)(x−a)+f(a).
Ici a=1, ce qui donne, y=f′(1)(x−1)+f(1). 1ère étape : calculer f(1) f(1)=−13+6×12+1 f(1)=6 2ème étape : calculer f′(1) f′(1)=−3×12+12×1 f′(1)=9 3ème étape : on remplace les valeurs de f(1) et de f′(1) dans la formule de l'équation de tangente. On sait que : y=f′(1)(x−1)+f(1) y=9×(x−1)+6 y=9x−9+6 y=9x−3 Ainsi l'équation de la tangente à la courbe Cf au point d'abscisse 1 est alors y=9x−3.
Question 4
Etudier la convexité de f.
Correction
Pour étudier la convexité de la fonction f, il faut étudier le signe de f′′.
Lorsque f′′(x)≥0 sur un intervalle [a,b] alors f est convexe.
Lorsque f′′(x)≤0 sur un intervalle [a,b] alors f est concave.
Pour tout réel x appartenant à l'intervalle [−7;7], on a : f′(x)=−3x2+12x. Il vient alors que : f′′(x)=−6x+12. f′′ est une fonction affine. Pour étudier son signe on résout l'inéquation −6x+12≥0, il vient alors : −6x+12≥0 équivaut successivement à : −6x≥−12 x≤−6−12 (on change le sens de l'inéquation car on divise par un nombre négatif) x≤2 Cela signifie que l'on va mettre le signe + dans la ligne de −6x+12 lorsque x sera inférieur ou égale à 2. Il en résulte :
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