Soit la fonction f définie sur l'intervalle I=[0,+∞[ par f(x)=x−sin(x) .
Question 1
Calculer f′(x) puis déterminer les variations de la fonction fdéfinie sur l'intervalle I=[0,+∞[.
Correction
f est dérivable sur I=[0,+∞[ et pour tout réel x∈If′(x)=1−cos(x) Or, pour tout réel x∈I, −1≤−cos(x)≤1⇔0≤−cos(x)+1≤2. Ainsi : 0≤f′(x)≤2. Donc f′(x)≥0 pour tout réel x∈I. Finalement, la fonction f est croissante sur [0,+∞[.
Question 2
En déduire le signe de la fonction f définie sur l'intervalle I
Correction
On calcule f(0). f(0)=0−sin(0)⇔
f(0)=0
On traduit cela dans un tableau de variation :
Il en résulte que le minimum de f vaut 0 quand x=0. Il vient alors que f(x)≥0. Autrement dit
x−sin(x)≥0
Question 3
Soit la fonction g définie sur l'intervalle I=[0,+∞[ par g(x)=cos(x)−1+2x2.
Calculer g′(x) puis déterminer les variations de la fonction g définie sur l'intervalle I
Correction
g est dérivable sur I=[0,+∞[ et pour tout réel x∈I
g′(x)=−sin(x)+x
D'après la question 2, pour tout réel x∈I, on a x−sin(x)≥0 Donc g′(x)≥0 pour tout réel x∈I. Finalement, la fonction g est croissante sur [0,+∞[. De plus, g(0)=cos(0)−1+202⇔
g(0)=0
On en déduit le tableau de variation de g :
Question 4
Démontrer que pour tout réel x de l'intervalle I, on a 1−2x2≤cos(x)≤1
Correction
L'inégalité cos(x)≤1 est évidente. En effet,pour tout x∈I, on sait que : −1≤cos(x)≤1 Comme g(0)=0, et que g est croissante sur [0,+∞[, alors g(x)≥0 Ainsi : cos(x)−1+2x2≥0 D'où : cos(x)≥1−2x2. Finalement, pour tout réel x de l'intervalle I, on a :
1−2x2≤cos(x)≤1
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