Compléments sur la dérivation et la convexité

Fonctions composées : Savoir calculer (uv)(x)\left(u\circ v\right)\left(x\right) c'est à dire exprimer en fonction de xx la composée de deux fonctions - Exercice 1

12 min
25
Soient uu et vv les fonctions définies par u(x)=3x5u\left(x\right)=3x-5 et v(x)=x2+9v\left(x\right)=x^{2} +9 .
Question 1

Calculer (uv)(x)\left(u\circ v\right)\left(x\right) et (vu)(x)\left(v\circ u\right)\left(x\right) en fonction de xx .

Correction
D’une part :\purple{\text{D'une part :}}
(uv)(x)=u(v(x))\left(u\circ v\right)\left(x\right)=u\left(v\left(x\right)\right)
u(v(x))u\left(\red{v\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de v(x)\red{v\left(x\right)} par la fonction uu. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par v(x)\red{v\left(x\right)} dans l'expression de uu.
(uv)(x)=u(v(x))\left(u\circ v\right)\left(x\right)=u\left(\red{v\left(x\right)}\right)
(uv)(x)=3v(x)5\left(u\circ v\right)\left(x\right)=3\red{v\left(x\right)}-5
(uv)(x)=3×(x2+9)5\left(u\circ v\right)\left(x\right)=3\times \red{\left(x^{2} +9\right)}-5
(uv)(x)=3x2+275\left(u\circ v\right)\left(x\right)=3x^{2} +27-5
Ainsi :
(uv)(x)=3x2+22\left(u\circ v\right)\left(x\right)=3x^{2} +22

D’autre part :\purple{\text{D'autre part :}}
(vu)(x)=v(u(x))\left(v\circ u\right)\left(x\right)=v\left(u\left(x\right)\right)
v(u(x))v\left(\blue{u\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de u(x)\blue{u\left(x\right)} par la fonction vv. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par u(x)\blue{u\left(x\right)} dans l'expression de vv.
(vu)(x)=v(u(x))\left(v\circ u\right)\left(x\right)=v\left(\blue{u\left(x\right)}\right)
(vu)(x)=(u(x))2+9\left(v\circ u\right)\left(x\right)=\left(\blue{u\left(x\right)}\right)^{2}+9
(vu)(x)=(3x5)2+9\left(v\circ u\right)\left(x\right)=\left(\blue{3x-5}\right)^{2} +9
(vu)(x)=9x230x+25+9\left(v\circ u\right)\left(x\right)=9x^{2} -30x+25+9
Ainsi :
(vu)(x)=9x230x+34\left(v\circ u\right)\left(x\right)=9x^{2} -30x+34
Question 2
Soient ff et gg les fonctions définies par f(x)=5x22x+8f\left(x\right)=5x^{2}-2x+8 et g(x)=xg\left(x\right)=\sqrt{x} .

Calculer (fg)(x)\left(f\circ g\right)\left(x\right) et (gf)(x)\left(g\circ f\right)\left(x\right) en fonction de xx .

Correction
D’une part :\purple{\text{D'une part :}}
(fg)(x)=f(g(x))\left(f\circ g\right)\left(x\right)=f\left(g\left(x\right)\right)
f(g(x))f\left(\red{g\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de g(x)\red{g\left(x\right)} par la fonction ff. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par g(x)\red{g\left(x\right)} dans l'expression de ff.
(fg)(x)=f(g(x))\left(f\circ g\right)\left(x\right)=f\left(\red{g\left(x\right)}\right)
(fg)(x)=5(g(x))22g(x)+8\left(f\circ g\right)\left(x\right)=5\red{\left(g\left(x\right)\right)^{2}}-2\red{g\left(x\right)}+8
(fg)(x)=5(x)22x+8\left(f\circ g\right)\left(x\right)=5\red{\left(\sqrt{x}\right)^{2}}-2\red{\sqrt{x}}+8
Ainsi :
(fg)(x)=5x2x+8\left(f\circ g\right)\left(x\right)=5x -2\sqrt{x}+8

D’autre part :\purple{\text{D'autre part :}}
(gf)(x)=g(f(x))\left(g\circ f\right)\left(x\right)=g\left(f\left(x\right)\right)
g(f(x))g\left(\blue{f\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de f(x)\blue{f\left(x\right)} par la fonction gg. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par f(x)\blue{f\left(x\right)} dans l'expression de gg.
(gf)(x)=g(f(x))\left(g\circ f\right)\left(x\right)=g\left(\blue{f\left(x\right)}\right)
(gf)(x)=f(x)\left(g\circ f\right)\left(x\right)=\sqrt{\blue{f\left(x\right)}}
(gf)(x)=5x22x+8\left(g\circ f\right)\left(x\right)=\sqrt{5x^{2}-2x+8}
Ainsi :
(gf)(x)=5x22x+8\left(g\circ f\right)\left(x\right)=\sqrt{5x^{2}-2x+8}

Question 3
Soient ff et gg les fonctions définies par f(x)=cos(x)f\left(x\right)=\cos\left(x\right) et g(x)=2x3+5x29x7g\left(x\right)=2x^{3}+5x^{2}-9x-7 .

Calculer (fg)(x)\left(f\circ g\right)\left(x\right) et (gf)(x)\left(g\circ f\right)\left(x\right) en fonction de xx .

Correction
D’une part :\purple{\text{D'une part :}}
(fg)(x)=f(g(x))\left(f\circ g\right)\left(x\right)=f\left(g\left(x\right)\right)
f(g(x))f\left(\red{g\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de g(x)\red{g\left(x\right)} par la fonction ff. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par g(x)\red{g\left(x\right)} dans l'expression de ff.
(fg)(x)=f(g(x))\left(f\circ g\right)\left(x\right)=f\left(\red{g\left(x\right)}\right)
(fg)(x)=cos(g(x))\left(f\circ g\right)\left(x\right)=\cos\left(\red{g\left(x\right)}\right)
(fg)(x)=cos(2x3+5x29x7)\left(f\circ g\right)\left(x\right)=\cos\left(\red{2x^{3}+5x^{2}-9x-7}\right)
Ainsi :
(fg)(x)=cos(2x3+5x29x7)\left(f\circ g\right)\left(x\right)=\cos\left(2x^{3}+5x^{2}-9x-7\right)

D’autre part :\purple{\text{D'autre part :}}
g(f(x))g\left(\blue{f\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de f(x)\blue{f\left(x\right)} par la fonction gg. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par f(x)\blue{f\left(x\right)} dans l'expression de gg.
(gf)(x)=g(f(x))\left(g\circ f\right)\left(x\right)=g\left(\blue{f\left(x\right)}\right)
(gf)(x)=(f(x))3+4(f(x))22f(x)+3\left(g\circ f\right)\left(x\right)=\left(\blue{f\left(x\right)}\right)^{3}+4\left(\blue{f\left(x\right)}\right)^{2}-2\blue{f\left(x\right)}+3
(gf)(x)=2(cos(x))3+5(cos(x))29cos(x)7\left(g\circ f\right)\left(x\right)=2\left(\blue{\cos\left(x\right)}\right)^{3}+5\left(\blue{\cos\left(x\right)}\right)^{2}-9\blue{\cos\left(x\right)}-7
Ainsi :
(gf)(x)=2(cos(x))3+5(cos(x))29cos(x)7\left(g\circ f\right)\left(x\right)=2\left(\cos \left(x\right)\right)^{3} +5\left(\cos \left(x\right)\right)^{2} -9\cos \left(x\right)-7

Question 4
Soient ff et gg les fonctions définies par f(x)=7x23x+2f\left(x\right)=7x^2-3x+2 et g(x)=1xg\left(x\right)=\frac{1}{x} .

Calculer (fg)(x)\left(f\circ g\right)\left(x\right) et (gf)(x)\left(g\circ f\right)\left(x\right) en fonction de xx .

Correction
D’une part :\purple{\text{D'une part :}}
(fg)(x)=f(g(x))\left(f\circ g\right)\left(x\right)=f\left(g\left(x\right)\right)
f(g(x))f\left(\red{g\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de g(x)\red{g\left(x\right)} par la fonction ff. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par g(x)\red{g\left(x\right)} dans l'expression de ff.
(fg)(x)=f(g(x))\left(f\circ g\right)\left(x\right)=f\left(\red{g\left(x\right)}\right)
(fg)(x)=7(g(x))23g(x)+2\left(f\circ g\right)\left(x\right)=7\red{\left(g\left(x\right)\right)^{2}}-3\red{g\left(x\right)}+2
(fg)(x)=7×(1x)23×1x+2\left(f\circ g\right)\left(x\right)=7\times\red{\left(\frac{1}{x}\right)^{2}}-3\times\red{\frac{1}{x}}+2
(fg)(x)=7×1x23×1x+2\left(f\circ g\right)\left(x\right)=7\times \frac{1}{x^{2} } -3\times \frac{1}{x} +2
Ainsi :
(fg)(x)=7x23x+2\left(f\circ g\right)\left(x\right)=\frac{7}{x^{2} } -\frac{3}{x} +2

D’autre part :\purple{\text{D'autre part :}}
(gf)(x)=g(f(x))\left(g\circ f\right)\left(x\right)=g\left(f\left(x\right)\right)
g(f(x))g\left(\blue{f\left(x\right)}\right) se définit comme l'image de f(x)\blue{f\left(x\right)} par la fonction gg. Calculatoirement, il suffit de remplacer les xx par f(x)\blue{f\left(x\right)} dans l'expression de gg.
(gf)(x)=g(f(x))\left(g\circ f\right)\left(x\right)=g\left(\blue{f\left(x\right)}\right)
(gf)(x)=1f(x)\left(g\circ f\right)\left(x\right)=\frac{1}{\blue{f\left(x\right)}}
(gf)(x)=17x23x+2\left(g\circ f\right)\left(x\right)=\frac{1}{\blue{7x^2-3x+2}}
Ainsi :
(gf)(x)=17x23x+2\left(g\circ f\right)\left(x\right)=\frac{1}{7x^2-3x+2}