Soit g la fonction définie sur ]−∞;+∞[ par g(x)=ex−x+1. On note Cg sa courbe représentative.
Etudiez les variations de g. Calculer g(0) et en déduire le signe de g.
Correction
g est dérivable sur ]−∞;+∞[. On a : g′(x)=ex−1 Or : ex−1≥0 équivaut successivement à : ex≥1 ex≥e0 x≥0 . Cela signifie que ex−1 est positive ou nulle dès que x≥0. De plus , g(0)=e0−0+1 c'est à dire g(0)=2. Nous allons pouvoir dresser le tableau de variation de g. Il vient alors que :
On remarque que le minimum de g vaut 2 lorsque x=0. Il en résulte alors que g est positive sur ]−∞;+∞[ ou encore g(x)≥0 sur ]−∞;+∞[. On en déduit alors le signe de g.
Question 2
On considère maintenant f la fonction définie sur [−1;+∞[ par f(x)=x+1+exx. On note Cf sa courbe représentative.
Montrer que pour tout réel x appartenant à l'intervalle [−1;+∞[, on a : f′(x)=exg(x)
Correction
f est dérivable sur [−1;+∞[. Ici on reconnaît la forme : (w+vu)′=w′+v2u′v−uv′ avec u(x)=x et v(x)=ex et w(x)=x+1 . Ainsi : u′(x)=1 et v′(x)=ex et w′(x)=1. Il vient alors que : f′(x)=1+(ex)2ex−xex. Nous allons tout mettre au même dénominateur. f′(x)=(ex)2(ex)2+ex−xex. Maintenant on factorise par ex, ce qui donne : f′(x)=(ex)2ex(ex+1−x) . Puis on simplifie le numérateur et le dénominateur par ex. D'où : f′(x)=exex+1−x Ainsi : f′(x)=exg(x)
Question 3
En déduire les variations de la fonction f.
Correction
Pour tout réel x appartenant à [−1;+∞[, on a : f′(x)=exg(x) Nous savons que ex>0, donc le signe de f′ dépend du signe de g. Or, d'après la question 1, g(x)≥0 pour tout réel x appartenant à l'intervalle ]−∞;+∞[ donc g(x)≥0 pour tout réel x appartenant à l'intervalle [−1;+∞[. Ainsi f(x)≥0 pour tout réel x appartenant à l'intervalle [−1;+∞[ Nous avons donc le tableau de variation ci-dessous :
Question 4
Démontrez que l'équation f(x)=0 admet une unique solution α∈[−1;0]. Donnez un encadrement de α à 10−2 près.
Correction
Nous allons reproduire le tableau de variation de f uniquement sur l'intervalle [−1;0]. On a : f(−1)=e−1−1 et f(−1)=−e1<0 f(0)=1>0 On a donc le tableau de variation ci-dessous, et l'on a fait également apparaître le zéro que l'on recherche.
Sur [−1;0], la fonction f est continue et strictement croissante. De plus, f(−1)=−e1<0 et f(0)=1>0. Or 0∈[−e1;1], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α dans [−1;0] tel que f(x)=0. A la calculatrice, on vérifie que : f(−0,41)≈−0,027 et f(−0,4)≈0,003 . Or 0∈]−0,027;0,003], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que :
−0,41≤α≤−0,4
Question 5
En déduire le signe de f sur [−1;+∞[.
Correction
Sur [−1;+∞[, la fonction f est continue et strictement croissante et f(α)=0. Donc f(x)≤0 pour tout x∈[−1;α] et f(x)≥0 pour tout x∈[α;+∞[. On résume cela dans un tableau de signe :
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