Continuité

Exercices types : 22ème partie - Exercice 2

20 min
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Question 1
Soit ff une fonction définie sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[ par : f(x)=2x36x2+9f\left(x\right)=2x^{3}-6x^{2}+9 et Cf\mathscr{C_f} sa courbe représentative dans un repère du plan.

Déterminer la limite de la fonction ff en -\infty et en ++\infty .

Correction
D'une part : limx2x36x2+9\lim _{x \rightarrow -\infty}{2x^{3}-6x^{2}+9} . Au voisinage de -\infty, un polynôme est équivalent à son monôme de plus haut degré. Autrement dit, on n'étudie que la limite du monôme de plus haut degré.
Donc :
limx2x36x2+9=limx2x3=\lim _{x \rightarrow -\infty}{2x^{3}-6x^{2}+9}=\lim _{x \rightarrow -\infty}{2x^{3}} = -\infty

D'autre part : limx+2x36x2+9\lim _{x \rightarrow +\infty}{2x^{3}-6x^{2}+9} . Au voisinage de ++\infty, un polynôme est équivalent à son monôme de plus haut degré. Autrement dit, on n'étudie que la limite du monôme de plus haut degré.
Donc :
limx+2x36x2+9=limx+2x3=+\lim _{x \rightarrow +\infty}{2x^{3}-6x^{2}+9}=\lim _{x \rightarrow +\infty}{2x^{3}} = +\infty

Question 2

Déterminer le tableau de variation de la fonction ff sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[.

Correction
ff est dérivable sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[.
f(x)=3×2x26×2xf'\left(x\right)=3\times2x^{2}-6\times2x
f(x)=6x212xf'\left(x\right)=6x^{2}-12x
. Il s'agit d'une équation du second degré, on calcule le discriminant et on détermine les racines.
Ainsi : Δ=144\Delta = 144 , il existe donc deux racines réelles distinctes telles que : x1=0x_{1} = 0 et x2=2x_{2} = 2.
Comme a=6>0a=6>0, la parabole est tournée vers le bas c'est-à-dire que ff' est du signe de aa à l'extérieur des racines et du signe opposé à aa entre les racines.
On en déduit le tableau de signe de ff' ainsi que le tableau de variation de ff. On indiquera les valeurs des extrema.
f(0)=2×036×02+9f\left(0\right)=2\times0^{3}-6\times0^{2}+9 donc
f(0)=9f\left(0\right)=9

f(2)=2×236×22+9f\left(2\right)=2\times2^{3}-6\times2^{2}+9 donc
f(2)=1f\left(2\right)=1
Question 3

Démontrer que l'équation f(x)=0f\left(x\right)=0 admet une unique solution sur [2;4]\left[-2;4 \right].
On notera α\alpha cette solution.

Correction
On reprend le tableau de variation fait à la question 22. On fera apparaître le zéro que l'on recherche.
De plus :
  • Sur [0;+[\left[0;+\infty\right[ , la fonction ff est continue et admet 11 comme minimum.
    La fonction ff est strictement positive.
    Donc l'équation f(x)=0f(x)=0 n'a pas de solution sur cet intervalle.
  • Sur ];0]\left]-\infty;0\right] , la fonction ff est continue et strictement croissante.
    De plus, limxf(x)=\lim _{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)} = -\infty et f(0)=9f\left(0\right)=9 .
    Or 0];9]0 \in \left]-\infty;9\right] , donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α\alpha dans ];0]\left]-\infty;0\right] tel que f(x)=0f(x) = 0
A la calculatrice, on vérifie que :
f(1,06)0,123f(-1,06)\approx-0,123 et f(1,05)0,0697f(-1,05)\approx0,0697
Or 0[0,123;0,0697]0 \in \left[-0,123;0,0697\right], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que : 1,06α1,05-1,06\le\alpha\le-1,05
Question 4

En déduire le signe de ff sur l'intervalle [2;4]\left[-2;4 \right].

Correction
Sur [0;+[\left[0;+\infty\right[, la fonction ff est continue et admet 11 comme minimum. La fonction ff est strictement positive.
Sur ];0]\left]-\infty;0\right], la fonction ff est continue et strictement croissante et f(α)=0f(\alpha) = 0
Donc f(x)0f(x)\le0 pour tout x];α]x\in\left]-\infty;\alpha\right] et f(x)0f(x)\ge0 pour tout x[α;0]x\in\left[\alpha;0\right]
On résume cela dans un tableau de signe :
Question 5

Déterminer une équation de la tangente TT à la courbe Cf\mathscr{C_f} au point d'abscisse 11.

Correction
L'équation de la tangente au point d'abscisse aa s'écrit y=f(a)(xa)+f(a)y=f'\left(a\right)\left(x-a\right)+f\left(a\right).
Ici a=1a=-1, ce qui donne : y=f(1)(x1)+f(1)y=f'\left(1\right)\left(x-1\right)+f\left(1\right)
1ère étape : calculer f(1)f\left(1\right)
f(1)=2×136×12+9f\left(1\right)=2\times1^{3}-6\times1^{2}+9
f(1)=5f\left(1\right)=5
2ème étape : calculer f(1)f'\left(1\right)
f(1)=6×1212×1f'\left(1\right)=6\times1^{2}-12\times1
f(1)=6f'\left(1\right)=-6
3ème étape : on remplace les valeurs de f(1)f\left(1\right) et de f(1)f'\left(1\right) dans la formule de l'équation de tangente.
On sait que :
y=f(1)(x1)+f(1)y=f'\left(1\right)\left(x-1\right)+f\left(1\right)
y=6×(x1)+5y=-6\times \left(x-1\right)+5
y=6x+6+5y=-6x+6+5
y=6x+11y=-6x+11

Ainsi l'équation de la tangente à la courbe CfC_{f} au point d'abscisse 11 est alors y=6x+11y=-6x+11.