Petits problèmes... - Exercice 1

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Soit gg la fonction définie sur [−10;10]\left[-10;10\right] par g(x)=(−x+1)e2x+3g\left(x\right)=\left(-x+1\right)e^{2x} +3
Question 1

Etudiez les variations de gg

Correction
g(x)=(−x+1)e2x+3g\left(x\right)=\left(-x+1\right)e^{2x} +3
Ici on reconnait la forme : (uv)′=u′v+uv′\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=−x+1u\left(x\right)=-x+1 et v(x)=e2xv\left(x\right)=e^{2x}
On note w(x)=3w\left(x\right)=3
Ainsi : u′(x)=−1u'\left(x\right)=-1 et v′(x)=2e2xv'\left(x\right)=2e^{2x} , enfin w′(x)=0w'\left(x\right)=0
Il vient alors que :
g′(x)=−e2x+(−x+1)(2e2x)g'\left(x\right)=-e^{2x} +\left(-x+1\right)\left(2e^{2x} \right)
g′(x)=−e2x+(−x)×(2e2x)+1×(2e2x)g'\left(x\right)=-e^{2x} +\left(-x\right)\times \left(2e^{2x} \right)+1\times \left(2e^{2x} \right)
g′(x)=−e2x−2xe2x+2e2xg'\left(x\right)=-e^{2x} -2xe^{2x} +2e^{2x}
g′(x)=−2xe2x+e2xg'\left(x\right)=-2xe^{2x} +e^{2x}
Ainsi :
g′(x)=e2x(−2x+1)g'\left(x\right)=e^{2x} \left(-2x+1\right)

Pour tout réel xx, on a e2x>0e^{2x} >0. Le signe de g′g' dépend donc de −2x+1-2x+1 .
−2x+1≥0-2x+1\ge 0
−2x≥−1-2x\ge -1
x≤−1−2x\le \frac{-1}{-2}
x≤12.x\le \frac{1}{2} .
Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de −2x+1-2x+1 lorsque xx sera inférieur ou égale à 12\frac{1}{2} .
De plus :
g(12)=12e+3g\left(\frac{1}{2} \right)=\frac{1}{2} e+3
g(−10)=(10+1)e−20+3g\left(-10\right)=\left(10+1\right)e^{-20} +3 donc : g(−10)=11e−20+3g\left(-10\right)=11e^{-20} +3
g(10)=(−10+1)e20+3g\left(10\right)=\left(-10+1\right)e^{20} +3 donc : g(10)=−9e20+3g\left(10\right)=-9e^{20} +3
On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 2

Démontrez que l'équation g(x)=0g\left(x\right)=0 admet une unique solution α∈\alpha \in [−10;10]\left[-10;10\right].
Donnez un encadrement de α\alpha à 10−210^{-2} près.

Correction
  • Sur [−10;12]\left[-10;\frac{1}{2} \right], la fonction gg est continue et admet 11e−20+3>011e^{-20} +3>0 comme minimum.
    La fonction gg est strictement positive.
    Donc l'équation g(x)=0g\left(x\right)=0 n'a pas de solution sur cet intervalle.
  • Sur [12;10]\left[\frac{1}{2} ;10\right], la fonction gg est continue et strictement décroissante.
    De plus, g(12)=12e+3g\left(\frac{1}{2} \right)=\frac{1}{2} e+3 et g(10)=−9e20+3g\left(10\right)=-9e^{20} +3 .
    Or 0∈[−9e20+3;12e+3]0\in \left[-9e^{20} +3;\frac{1}{2} e+3\right], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α\alpha dans [−10;10]\left[-10;10\right] tel que g(x)=0g\left(x\right)=0.

A la calculatrice, on vérifie que :
g(1,24)≈0,134g\left(1,24\right)\approx 0,134 et g(1,25)≈−0,045g\left(1,25\right)\approx -0,045 . Or 0∈]−0,045;0,134]0\in \left]-0,045;0,134\right], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que :
1,24≤α≤1,251,24\le \alpha \le 1,25
Question 3

En déduire le signe de gg sur [−10;10]\left[-10;10\right]

Correction
Sur [−10;12]\left[-10;\frac{1}{2} \right], la fonction gg est continue et admet 11e−20+3>011e^{-20} +3>0 comme minimum.
La fonction gg est strictement positive.

Sur [12;10]\left[\frac{1}{2} ;10\right], la fonction gg est continue et strictement décroissante et g(α)=0g\left(\alpha \right)=0.

Donc g(x)≥0g\left(x\right)\ge 0 pour tout x∈[−10;α]x\in \left[-10;\alpha \right] et g(x)≤0g\left(x\right)\le 0 pour tout x∈[α;10]x\in \left[\alpha ;10\right].
On résume cela dans un tableau de signe :

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