On considère la fonctionf définie sur ]0;+∞[, f(x)=ln(1+x1)−x.
Question 1
Déterminer les limites de f en 0 et en +∞.
Correction
Calculons d’une part :x→0+limln(1+x1)−x. x→0+lim1+x1=+∞. On pose X=1+x1, ainsi X→+∞limln(X)=X. Par composition x→0+limln(1+x1)=+∞. Ainsi x→0+limln(1+x1)x→0+lim−x==+∞0}par addition
x→0+limln(1+x1)−x=+∞
On en déduit que la courbe admet une asymptote verticale d'équation x=0. Calculons d’autre part :x→+∞limln(1+x1)−x. x→+∞lim1+x1=1. On pose X=1+x1, ainsi X→1limln(X)=0. Par composition x→+∞limln(1+x1)=0. Ainsi x→+∞limln(1+x1)x→+∞lim−x==0−∞}par addition
x→+∞limln(1+x1)−x=−∞
Question 2
Etudiez les variations de f sur ]0;+∞[.
Correction
f(x)=ln(1+x1)−x. On reconnait la forme (ln(u))′=uu′. On u(x)=1+x1 et u′(x)=−x21 f′(x)=1+x1−x21−1équivaut successivement à : f′(x)=x21×x2+x×x1×xx2−1 . Nous avons tout mis au même dénominateur c'est à dire sur x2 . f′(x)=x2x2+x2x−x21−1 f′(x)=x2x2+xx2−1−1 . On rappelle que : (dc)(ba)=ba×cd f′(x)=x2−1×x2+xx2−1 f′(x)=x2+x−1−1 f′(x)=x2+x−1−x2+xx2+x f′(x)=x2+x−1−(x2+x) Ainsi : f′(x)=x2+x−x2−x−1⇔
f′(x)=x(x+1)−x2−x−1
Or x∈]0;+∞[ donc x>0 et x+1>0. Donc le signe de f′ dépend du numérateur −x2−x−1. On considère le trinôme −x2−x−1. Δ<0 et donc −x2−x−1<0 car a=−1<0 On peut donner alors le tableau de variation de f en indiquant les limites. Il vient alors que :
Question 3
Montrer qu'il existe un unique réel α∈]0;+∞[ tel que f(α)=0.
Correction
Sur ]0;+∞[, la fonction f est continue et strictement décroissante. De plus, x→0+limf(x)=+∞ et x→+∞limf(x)=−∞ . Or 0∈]−∞;+∞[, donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α dans ]0;+∞[ tel que f(α)=0.
Question 4
Déterminer une valeur approchée de α à 10−2 près.
Correction
A la calculatrice, on vérifie que f(0,80)≈0,0109 et f(0,81)≈−0,005 . Or 0∈]−0,005;0,0109], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que :
0,80≤α≤0,81
Question 5
En déduire le signe de f.
Correction
Sur ]0;+∞[, la fonction f est continue et strictement décroissante et f(α)=0. Donc f(x)≥0 pour tout x∈]0;α] et f(x)≤0 pour tout x∈[α;+∞[. On résume cela dans un tableau de signe :
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