Partie A. Soit f la fonction définie sur I=[1;+∞[ par : f(x)=x1ln(x). On note C la courbe représentative de f dans un repère orthonormé.
Question 1
Démontrer que la courbe C admet une asymptote horizontale.
Correction
x→+∞limxln(x)=0
Il en résulte donc que : x→+∞limf(x)=x→+∞limx1ln(x)=x→+∞limxln(x)=0. La courbe C admet la droite d’équation y=0 comme asymptote horizontale en +∞.
Question 2
Déterminer la fonction dérivée f′ de la fonction f sur [1;+∞[.
Correction
Soit f(x)=x1ln(x) que nous pouvons également écrire f(x)=xln(x) f est dérivable sur [1;+∞[. La fonction f est définie si et seulement si x>0. De plus f est dérivable sur ]0;+∞[. Ici on reconnaît la forme (vu)′=v2u′v−uv′ avec u(x)=ln(x) et v(x)=x. Ainsi u′(x)=x1 et v′(x)=1. Il vient alors que f′(x)=x2x1×x−ln(x)⇔
f′(x)=x21−ln(x)
Question 3
Étudier les variations de la fonction f sur [1;+∞[.
Correction
Nous savons que : f′(x)=x21−ln(x) Pour tout x∈[1;+∞[, x2>0 donc le signe de f′ dépend de 1−ln(x). 1−ln(x)≥0⇔−ln(x)≥−1⇔ln(x)≤1⇔ln(x)≤ln(e)⇔x≤e Il en résulte donc que :
si x∈[1;e] alors f′(x)≥0 et donc f est croissante sur cet intervalle.
si x∈[e;+∞[ alors f′(x)≤0 et donc f est décroissante sur cet intervalle.
Nous traduisons toutes ces informations dans le tableau de variation ci-dessous :
Question 4
Partie B. On considère la suite (un) définie par : un=∫12xn+11ln(x)dx pour tout entier naturel n.
Démontrer que u0=21[ln(2)]2. Interpréter graphiquement ce résultat.
Correction
Nous allons commencer par calculer une primitive de la fonction f(x)=x1ln(x) . Il vient alors que :
Ainsi : u0=∫12x1ln(x)dx u0=[21(ln(x))2]12 u0=21(ln(2))2−21(ln(1))2
u0=21(ln(2))2
Question 5
Prouver que, pour tout entier naturel n et pour tout nombre réel x de l’intervalle [1;2], on a : 0≤xn+11ln(x)≤xn+11ln(2).
Correction
Pour tout réel x∈[1;2], on a : 1≤x≤2 équivaut successivement à : ln(1)≤ln(x)≤ln(2) car la fonction x↦ln(x) est croissante sur l'intervalle [1;2] 0≤ln(x)≤ln(2) 0×xn+11≤xn+11×ln(x)≤xn+11×ln(2)car xn+11>0 sur l'intervalle [1;2] Ainsi :
0≤xn+11ln(x)≤xn+11ln(2)
Question 6
En déduire que, pour tout entier naturel n, on a : 0≤un≤nln(2)(1−2n1).
Correction
Positivité de l'intégrale. Soient f, g et h trois fonctions continues sur un intervalle [a;b]
Si f(x)≥g(x) alors ∫abf(x)dx≥∫abg(x)dx
Si f(x)≤g(x) alors ∫abf(x)dx≤∫abg(x)dx
Si h(x)≤f(x)≤g(x) alors ∫abh(x)dx≤∫abf(x)dx≤∫abg(x)dx
Si h(x)≥f(x)≥g(x) alors ∫abh(x)dx≥∫abf(x)dx≥∫abg(x)dx
Pour tout réel x∈[1;2], d'après la question 5, on a : 0≤xn+11ln(x)≤xn+11ln(2). D'après la positivité de l'intégrale, on a : ∫120dx≤∫12xn+11ln(x)dx≤∫12xn+11ln(2)dx 0≤un≤∫12xn+11ln(2)dx Il nous faut donc calculer : ∫12xn+11ln(2)dx Ainsi : ∫12xn+11ln(2)dx=ln(2)∫12xn+11dx Pour tout entier naturel n, la fonction x↦xn+11 a pour primitive la fonction x↦−nxn1. Il en résulte donc que : ln(2)∫12xn+11dx=ln(2)×[−nxn1]12 ln(2)∫12xn+11dx=ln(2)×(−n×2n1−(−n×1n1)) ln(2)∫12xn+11dx=ln(2)×(−n×2n1+n1) Nous allons factoriser maintenant l'expression par n1 . ln(2)∫12xn+11dx=ln(2)×n1×(1−2n1) ln(2)∫12xn+11dx=nln(2)×(1−2n1) Finalement : pour tout entier naturel n, on a :
0≤un≤nln(2)(1−2n1)
Question 7
Déterminer la limite de la suite (un).
Correction
n→+∞limnln(2)=0 n→+∞lim2n=+∞ et donc n→+∞lim1−2n1=1 Par produit :
n→+∞limnln(2)(1−2n1)=0
Pour tout entier naturel n, on a : 0≤un≤nln(2)(1−2n1) et n→+∞limnln(2)(1−2n1)=0 D’après le théorème des gendarmes, que la suite (un) est convergente et a pour limite 0.
Signaler une erreur
Aide-nous à améliorer nos contenus en signalant les erreurs ou problèmes que tu penses avoir trouvés.
Connecte-toi ou crée un compte pour signaler une erreur.