Soit g la fonction définie sur [−10;3] par g(x)=(−x+1)e2x+3
Etudiez les variations de g.
Correction
g est dérivable sur [−10;3]. g(x)=(−x+1)e2x+3 Ici on reconnaît la forme (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=−x+1 et v(x)=e2x. On note w(x)=3 Ainsi : u′(x)=−1 et v′(x)=2e2x, enfin w′(x)=0 Il vient alors que : g′(x)=−e2x+(−x+1)(2e2x)+0 g′(x)=e2x(−1+2(−x+1)) . Ici on a factorisé par e2x. Ainsi :
g′(x)=e2x(−2x+1)
Pour tout réel x, on a e2x>0. −2x+1≥0⇔x≤21. Cela signifie que −2x+1 est positif dès que x≤21. Ensuite : g(21)=21e+3 De plus : g(−10)=11e−20+3 et g(−10)≈3 g(3)=−2e6+3 et g(3)≈−803,8 On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 2
Démontrez que l'équation g(x)=0 admet une unique solution α∈[−10;3]. Donnez un encadrement de α à 10−2 près.
Correction
On reprend le tableau de variation fait à la question 1. On fera apparaître dans le tableau la valeur deux que l'on recherche.
Sur [−10;21], la fonction g est continue et admet 11e−20+3 comme minimum. La fonction g est strictement positive sur cet intervalle. Donc l'équation g(x)=0 n'a pas de solution sur cet intervalle. Sur [21;10], la fonction g est continue et strictement décroissante. De plus, g(21)=21e+3 et g(3)=−2e6+3 et g(3)≈−803,8 . Or 0∈[−2e6+3;21e+3], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α dans [−10;3] tel que g(x)=0. A la calculatrice, on vérifie que : g(1,24)≈0,134 et g(1,25)≈−0,045 . Or 0∈]−0,045;0,134], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que :
1,24≤α≤1,25
Question 3
En déduire le signe de g sur [−10;3].
Correction
Sur [−10;21], la fonction g est continue et admet 11e−20+3 comme minimum. La fonction g est strictement positive. Sur [21;10], la fonction g est continue et strictement décroissante et g(α)=0. Donc g(x)≥0 pour tout x∈[−10;α] et g(x)≤0 pour tout x∈[α;3]. On résume cela dans un tableau de signe :
Question 4
Soit f la fonction définie sur [−10;3] par f(x)=(−x+23)e2x+6x−1 .
Démontrer que, pour tout réel x, f′(x) s'exprime en fonction de g(x).
Correction
Ici on reconnaît la forme (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=−x+23 et v(x)=e2x. On note w(x)=6x−1Ainsi u′(x)=−1 et v′(x)=2e2x, enfin w′(x)=6 Il vient alors que : f′(x)=−e2x+(−x+23)(2e2x)+6⇔f′(x)=e2x(−1+2(−x+23))+6 Ainsi : f′(x)=e2x(−2x+2)+6. On va maintenant factoriser f′par 2. On obtient : f′(x)=2e2x(−x+1)+3×2⇔f′(x)=2[e2x(−x+1)+3] Il en résulte que :
f′(x)=2g(x)
Question 5
Etudier le sens de variations de la fonction f.
Correction
Comme f′(x)=2g(x), il en résulte que le signe de f′ est le même que celui de g. On en déduit facilement le tableau de variation de la fonction f :
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