Compléments sur la dérivation et la convexité

Exercices types : 11ère partie - Exercice 3

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Question 1
Soit ff une fonction définie et continue sur ];+[\left]-\infty;+\infty\right[ par f(x)=4e2x+3f\left(x\right)=-4e^{-2x+3}

Etudier la convexité de ff.

Correction
  • (eu)=ueu\left(e^{u} \right)^{'} =u'e^{u}
  • ff est dérivable sur R\mathbb{R}.
    Ici u(x)=2x+3u\left(x\right)=-2x+3 et donc u(x)=2u'\left(x\right)=-2.
    Ainsi :
    f(x)=4×(2)×e2x+3f'\left(x\right)=-4\times \left(-2\right)\times e^{-2x+3}
    f(x)=8e2x+3f'\left(x\right)=8e^{-2x+3}

    Nous allons calculer maintenant ff''.
    ff' est dérivable sur R\mathbb{R}.
    Ici u(x)=2x+3u\left(x\right)=-2x+3 et donc u(x)=2u'\left(x\right)=-2.
    Ainsi :
    f(x)=8×(2)×e2x+3f''\left(x\right)=8\times \left(-2\right)\times e^{-2x+3}
    f(x)=16e2x+3f''\left(x\right)=-16e^{-2x+3}

    Pour étudier la convexité de la fonction ff, il faut étudier le signe de ff''.
    • Lorsque f(x)0f''\left(x\right)\ge 0 sur un intervalle [a,b]\left[a,b\right] alors ff est convexe.
    • Lorsque f(x)0f''\left(x\right)\le 0 sur un intervalle [a,b]\left[a,b\right] alors ff est concave.
    Pour tout réel xx appartenant à l'intervalle ];+[\left]-\infty;+\infty\right[, on vérifie aisément que e2x+3>0e^{-2x+3}>0 et que 16<0-16<0 .
    Il en résulte donc que f(x)<0f''\left(x\right)<0 .