Continuité, dérivation, lectures graphiques et convexité
Exercices types : 1ère partie - Exercice 3
30 min
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Question 1
Soit f une fonction définie et continue sur [−4;4] par f(x)=x3−27x+4
Calculer la dérivée de f.
Correction
Pour tout réel x appartenant à l'intervalle [−4;4], on a : f′(x)=3x2−27.
Question 2
Etudier le sens de variation de f et dresser son tableau de variation.
Correction
f′(x)=3x2−27 Ici la dérivée est une fonction du 2ème degré. Pour l'étude du signe de 3x2−27, on va utiliser le discriminant. Alors a=3; b=0 et c=−27. Or Δ=b2−4ac donc Δ=324. Il existe donc deux racines réelles distinctes.
x1=2a−b−Δ ce qui donne x1=3.
x2=2a−b+Δ ce qui donne x2=−3.
Comme a=3<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 variation suivant :
Question 3
Démontrer que l'équation f(x)=0 admet une unique solution α . Donner un encadrement de α à 10−2 près.
Correction
Nous faisons apparaître le zéro recherché dans le tableau de variation donnée. Il vient alors que :
Sur [−4;3] , la fonction f est continue et admet 48 comme minimum. La fonction f est strictement positive. Donc l'équation f(x)=0 n'a pas de solution sur cet intervalle.
Sur [3;4] , la fonction f est continue et admet −40 comme maximum. La fonction f est strictement négative. Donc l'équation f(x)=0 n'a pas de solution sur cet intervalle.
Sur [−3;3] , la fonction f est continue et strictement décroissante. De plus, f(−3)=58 et f(3)=−50 . Or 0∈[−50;58] , donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α dans [−3;3] tel que f(x)=0.
Finalement, l'équation f(x)=0 admet une unique solution sur [−4;4]. A la calculatrice, on vérifie que : f(0,14)≈0,02227 et f(0,15)≈−0,046 Or 0∈[−0,046;0,022227], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que : 0,14≤α≤0,15
Question 4
En déduire le signe de f sur [−4;4].
Correction
Sur [−4;−3], la fonction f est continue et admet 48 comme minimum. La fonction f est strictement positive. Sur [3;4], la fonction f est continue et admet −40 comme maximum. La fonction f est strictement négative. Sur [−3;3], la fonction f est continue et strictement décroissante et f(α)=0 Donc f(x)≥0 pour tout x∈[−4;α] et f(x)≤0 pour tout x∈[α;4] On résume cela dans un tableau de signe :
Question 5
Déterminer une équation de la tangente T à la courbe Cf au point d'abscisse 0.
Correction
L'équation de la tangente au point d'abscisse a s'écrit y=f′(a)(x−a)+f(a).
Ici a=0, ce qui donne, y=f′(0)(x−0)+f(0). 1ère étape : calculer f(0) f(0)=03−27×0+4 f(0)=4 2ème étape : calculer f′(0) f′(0)=3×02−27 f′(0)=−27 3ème étape : on remplace les valeurs de f(0) et de f′(0) dans la formule de l'équation de tangente. On sait que : y=f′(0)(x−0)+f(0) y=−27×(x−0)+4 y=−27x+4 Ainsi l'équation de la tangente à la courbe Cf au point d'abscisse 0 est alors y=−27x+4.