La fonction exponentielle

Etude de fonctions - Exercice 2

25 min
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Etudiez les variations des fonctions suivantes
Question 1

f(x)=xexf\left(x\right)=xe^{-x}

Correction
Ici on reconnait la forme : (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=xu\left(x\right)=x et v(x)=exv\left(x\right)=e^{-x} .
Ainsi : u(x)=1u'\left(x\right)=1 et v(x)=exv'\left(x\right)=-e^{-x} .
Il vient alors que :
f(x)=ex+x(ex)f'\left(x\right)=e^{-x} +x\left(-e^{-x} \right)
f(x)=ex(1x)f'\left(x\right)=e^{-x} \left(1-x\right)

Pour tout réel xx, on a : ex>0e^{-x} >0.
De plus :
1x01-x\ge 0 équivaut successivement à :
x1-x\ge -1
x1x\le 1 .
Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 1x1-x lorsque xx sera inférieur ou égale à 11.
On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 2

f(x)=(2x4)e2x+3f\left(x\right)=\left(2x-4\right)e^{2x+3}

Correction
Ici on reconnait la forme : (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=2x4u\left(x\right)=2x-4 et v(x)=e2x+3v\left(x\right)=e^{2x+3} .
Ainsi : u(x)=2u'\left(x\right)=2 et v(x)=2e2x+3v'\left(x\right)=2e^{2x+3} .
Il vient alors que :
f(x)=2e2x+3+(2x4)×(2e2x+3)f'\left(x\right)=2e^{2x+3} +\left(2x-4\right)\times \left(2e^{2x+3} \right)
f(x)=2e2x+3+2x×(2e2x+3)4×(2e2x+3)f'\left(x\right)=2e^{2x+3} +2x\times \left(2e^{2x+3} \right)-4\times \left(2e^{2x+3} \right)
f(x)=2e2x+3+4xe2x+38e2x+3f'\left(x\right)=2e^{2x+3} +4xe^{2x+3} -8e^{2x+3}
f(x)=4xe2x+36e2x+3f'\left(x\right)=4xe^{2x+3} -6e^{2x+3}
Ainsi :
f(x)=e2x+3(4x6)f'\left(x\right)=e^{2x+3} \left(4x-6\right)

Pour tout réel xx, on a : e2x+3>0e^{2x+3} >0.
De plus,
4x604x-6\ge 0 équivaut successivement à :
4x64x\ge 6
x64x\ge \frac{6}{4}
x32x\ge \frac{3}{2} .
Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 4x64x-6 lorsque xx sera supérieur ou égale à 32\frac{3}{2} .
On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 3

f(x)=(x+3)e5x+4f\left(x\right)=\left(-x+3\right)e^{5x+4}

Correction
Ici on reconnait la forme : (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=x+3u\left(x\right)=-x+3 et v(x)=e5x+4v\left(x\right)=e^{5x+4} .
Ainsi : u(x)=1u'\left(x\right)=-1 et v(x)=5e5x+4v'\left(x\right)=5e^{5x+4} .
Il vient alors que :
f(x)=(1)e5x+4+(x+3)×(5e5x+4)f'\left(x\right)=\left(-1\right)e^{5x+4} +\left(-x+3\right)\times \left(5e^{5x+4} \right)
f(x)=e5x+4+(x)×(5e5x+4)+3×(5e5x+4)f'\left(x\right)=-e^{5x+4} +\left(-x\right)\times \left(5e^{5x+4} \right)+3\times \left(5e^{5x+4} \right)
f(x)=e5x+45xe5x+4+15e5x+4f'\left(x\right)=-e^{5x+4} -5xe^{5x+4} +15e^{5x+4}
f(x)=5xe5x+4+14e5x+4f'\left(x\right)=-5xe^{5x+4} +14e^{5x+4}
Ainsi :
f(x)=e5x+4(5x+14)f'\left(x\right)=e^{5x+4} \left(-5x+14\right)

Pour tout réel xx, on a : e5x+4>0e^{5x+4} >0.
De plus :
5x+140-5x+14\ge 0
5x14-5x\ge -14
x145x\le \frac{-14}{-5}
x145.x\le \frac{14}{5} .
Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 5x+14-5x+14 lorsque xx sera inférieur ou égale à 145\frac{14}{5} .
On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 4

f(x)=(2x+1)e6x+2f\left(x\right)=\left(2x+1\right)e^{-6x+2}

Correction
Ici on reconnait la forme : (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=2x+1u\left(x\right)=2x+1 et v(x)=e6x+2v\left(x\right)=e^{-6x+2} .
Ainsi : u(x)=1u'\left(x\right)=-1 et v(x)=6e6x+2v'\left(x\right)=-6e^{-6x+2} .
Il vient alors que :
f(x)=2e6x+2+(2x+1)×(6e6x+2)f'\left(x\right)=2e^{-6x+2} +\left(2x+1\right)\times \left(-6e^{-6x+2} \right)
f(x)=2e6x+2+2x×(6e6x+2)+1×(6e6x+2)f'\left(x\right)=2e^{-6x+2} +2x\times \left(-6e^{-6x+2} \right)+1\times \left(-6e^{-6x+2} \right)
f(x)=2e6x+212xe6x+26e6x+2f'\left(x\right)=2e^{-6x+2} -12xe^{-6x+2} -6e^{-6x+2}
f(x)=12xe6x+24e6x+2f'\left(x\right)=-12xe^{-6x+2} -4e^{-6x+2}
Ainsi :
f(x)=e6x+2(12x4)f'\left(x\right)=e^{-6x+2} \left(-12x-4\right)

Pour tout réel xx, on a e6x+2>0e^{-6x+2} >0.
De plus :
12x40-12x-4\ge 0
12x4-12x\ge 4
x412x\le -\frac{4}{12}
x13.x\le -\frac{1}{3} .
Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 12x4-12x-4 lorsque xx sera inférieur ou égale à 13-\frac{1}{3} .
On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 5

f(x)=x2e2x+1f\left(x\right)=x^{2} e^{-2x+1}

Correction
Ici on reconnait la forme : (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=x2u\left(x\right)=x^{2} et v(x)=e2x+1v\left(x\right)=e^{-2x+1} .
Ainsi : u(x)=2xu'\left(x\right)=2x et v(x)=2e2x+1v'\left(x\right)=-2e^{-2x+1} .
Il vient alors que :
f(x)=2xe2x+1+x2×(2e2x+1)f'\left(x\right)=2xe^{-2x+1} +x^{2} \times \left(-2e^{-2x+1} \right)
f(x)=2xe2x+12x2e2x+1f'\left(x\right)=2x{\color{blue}{e^{-2x+1}}} -2x^{2}{\color{blue}{e^{-2x+1}}}
f(x)=e2x+1(2x2x2)f'\left(x\right)={\color{blue}{e^{-2x+1}}} \left(2x-2x^{2} \right)

Pour tout réel xx, on a : e2x+1>0e^{-2x+1} >0.
Pour l'étude de 2x2x22x-2x^{2} , on va utiliser le discriminant.
Nous donnons directement les résultats car le discriminant n'a maintenant plus de secret pour nous.
Δ=4\Delta =4 , x1=0x_{1} =0 et x2=1x_{2} =1.
Comme a=2<0a=-2<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 variation suivant :