Soit f la fonction définie sur [−10;10] par f(x)=21x4−3x2+6x−1.
Calculer f′(x).
Correction
f est un fonction polynôme elle est donc dérivable sur R et donc en particulier sur l'intervalle [−10;10]. Il vient alors que :
f′(x)=2x3−6x+6
Question 2
Calculer f′′(x). On note f′′ la dérivée de f′.
Correction
f′ est un fonction polynôme elle est donc dérivable sur R et donc en particulier sur l'intervalle [−10;10]. Il vient alors que :
f′′(x)=6x2−6
Question 3
Etudier le signe de f′′ et en déduire le tableau de variation complet de f′.
Correction
Pour tout réel x de l'intervalle [−10;10], on sait que l'on a : f′′(x)=6x2−6. On peut soit factoriser la fonction , soit utiliser le discriminant. C'est une équation du second degré, on calcule le discriminant et on détermine les racines. Ainsi : Δ=144 , il existe donc deux racines réelles distinctes telles que : x1=−1 et x2=1. Comme a=6>0, la parabole est tournée vers le haut 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 signe de f′′ ainsi que le tableau de variation de f′. On indiquera les valeurs des extrema.
Question 4
Démontrer que l'équation f′(x)=0 admet une unique solution sur [−10;10] On notera α cette solution.
Correction
On reprend le tableau de variation fait à la question 3. On fera apparaître le zéro que l'on recherche.
De plus :
Sur [−1;10] , la fonction f′ est continue et admet 2 comme minimum. La fonction f′ est strictement positive. Donc l'équation f′(x)=0 n'a pas de solution sur cet intervalle.
Sur [−10;−1] , la fonction f′ est continue et strictement croissante. De plus, f′(−10)=−1934 et f′(−1)=10 . Or 0∈[−1934;10] , donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α dans [−10;−1] tel que f′(x)=0.
Question 5
Déterminer un encadrement de α à 10−3 près.
Correction
A la calculatrice, on vérifie que : f′(−2,104)≈−0,039 et f′(−2,103)≈0,0639 Or 0∈[−0,039;0,0639], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que :
−2,104≤α≤−2,103
Question 6
Déterminer le signe de la fonction f′ sur [−10;10].
Correction
Sur [−1;10] , la fonction f′ est continue et admet 2 comme minimum. La fonction f′ est strictement positive sur cet intervalle. Sur [−10;−1], la fonction f′ est continue et strictement croissante et f′(α)=0 Donc f′(x)≤0 pour tout x∈[−10;α] et f′(x)≥0 pour tout x∈[α;−1] On résume cela dans un tableau de signe :
Question 7
En déduire le tableau de variation de f.
Correction
Comme nous connaissons, grâce à la question 6, le tableau de signe de f′, nous avons aisément le tableau de variation de f, qui est donné ci-dessous :
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