Soit f la fonction définie sur ]0;10] par f(x)=−xlnx+2x+1 . On note Cf la courbe représentative de la fonction f.
Calculer f′(x).
Correction
f est dérivable sur ]0;+∞[. Ici on reconnaît la forme : (uv+w)′=u′v+uv′+w′ avec u(x)=−x ; v(x)=ln(x) et w(x)=2x+1 Ainsi : u′(x)=−1 ; v′(x)=x1 et w′(x)=2. Il vient alors que : f′(x)=−1×ln(x)−x×x1+2 équivaut successivement à : f′(x)=−ln(x)−xx+2 f′(x)=−ln(x)−1+2
f′(x)=−ln(x)+1
Question 2
Démontrer que la fonction f admet un maximum sur l'intervalle ]0;10]. Calculer la valeur exacte du maximum de la fonction f sur ce même intervalle.
Correction
Sur l'intervalle ]0;10], on a : f′(x)=−ln(x)+1. Etudions le signe de f′. −ln(x)+1≥0 équivaut successivement à : −ln(x)≥−1 ln(x)≤1 ln(x)≤ln(e) x≤e Cela signifie que f′(x)≥0 dès que x≤e et que f′(x)≤0 dès que x≥e. De plus : f(e)=−elne+2×e+1 f(e)=−e+2e+1 f(e)=e+1 Nous traduisons maintenant toutes ces informations dans un tableau de variation.
Question 3
Montrer que la courbe Cf est entièrement située en dessous de chacune de ses tangentes sur l’intervalle ]0;10].
Correction
La courbe Cf est entièrement située en dessous de chacune de ses tangentes sur l’intervalle ]0;10] signifie que f est concave sur l’intervalle ]0;10]. Pour étudier la convexité de la fonction f, il faut étudier le signe de f′′.
Lorsque f′′(x)≥0 sur un intervalle [a,b] alors f est convexe et f est située au-dessus de ses tangentes.
Lorsque f′′(x)≤0 sur un intervalle [a,b] alors f est concave et f est située en dessous de ses tangentes.
Sur l'intervalle ]0;+∞[, on sait que : f′(x)=−ln(x)+1. Il vient alors que : f′′(x)=−x1 . Comme x appartient à l'intervalle ]0;+∞[ alors f′′(x)<0 dès que x>0. On en déduit le tableau suivant :
Question 4
On admet que la fonction F définie par F(x)=−2x2lnx+45x2+x−7 est une primitive de la fonction f sur l’intervalle ]0;10].
Calculer la valeur exacte de I=∫12f(x)dx
Correction
Comment calculer l'intégrale I=∫abf(x)dx ? 1ère étape : on calcule une primitive de f notée F. 2ème étape : I=F(b)−F(a) et on effectue le calcul numérique.