Limites et continuité

Exercices types : 11ère partie - Exercice 3

30 min
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Question 1
Soit ff la fonction définie sur [10;10]\left[-10 ;10 \right] par f(x)=12x43x2+6x1f\left(x\right)=\frac{1}{2}x^{4} -3x^{2}+6x-1.

Calculer f(x)f'\left(x\right).

Correction
ff est un fonction polynôme elle est donc dérivable sur R\mathbb{R} et donc en particulier sur l'intervalle [10;10]\left[-10 ;10 \right]. Il vient alors que :
f(x)=2x36x+6f'\left(x\right)=2x^{3}-6x+6
Question 2

Calculer f(x)f''\left(x\right). On note ff'' la dérivée de ff'.

Correction
ff' est un fonction polynôme elle est donc dérivable sur R\mathbb{R} et donc en particulier sur l'intervalle [10;10]\left[-10 ;10 \right]. Il vient alors que :
f(x)=6x26f''\left(x\right)=6x^{2}-6
Question 3

Etudier le signe de ff'' et en déduire le tableau de variation complet de ff'.

Correction
Pour tout réel xx de l'intervalle [10;10]\left[-10 ;10 \right], on sait que l'on a : f(x)=6x26f''\left(x\right)=6x^{2}-6.
On peut soit factoriser la fonction , soit utiliser le discriminant.
C'est une équation du second degré, on calcule le discriminant et on détermine les racines.
Ainsi : Δ=144\Delta = 144 , il existe donc deux racines réelles distinctes telles que : x1=1x_{1} = -1 et x2=1x_{2} = 1.
Comme a=6>0a=6>0, la parabole est tournée vers le haut 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 signe de ff'' ainsi que le tableau de variation de ff'. On indiquera les valeurs des extrema.

Question 4

Démontrer que l'équation f(x)=0f'\left(x\right)=0 admet une unique solution sur [10;10]\left[-10 ;10 \right]
On notera α\alpha cette solution.

Correction
On reprend le tableau de variation fait à la question 33.
On fera apparaître le zéro que l'on recherche.
De plus :
  • Sur [1;10]\left[-1;10\right] , la fonction ff' est continue et admet 22 comme minimum.
    La fonction ff' est strictement positive.
    Donc l'équation f(x)=0f'(x)=0 n'a pas de solution sur cet intervalle.
  • Sur [10;1]\left[-10;-1\right] , la fonction ff' est continue et strictement croissante.
    De plus, f(10)=1934f'(-10)=-1934 et f(1)=10f'(-1)=10 . Or 0[1934;10]0 \in \left[-1934;10\right] , donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une unique solution α\alpha dans [10;1]\left[-10;-1\right] tel que f(x)=0f'(x) = 0.
Question 5

Déterminer un encadrement de α\alpha à 10310^{-3} près.

Correction
A la calculatrice, on vérifie que :
f(2,104)0,039f'(-2,104)\approx-0,039 et f(2,103)0,0639f'(-2,103)\approx0,0639
Or 0[0,039;0,0639]0 \in \left[-0,039;0,0639\right], donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires on en déduit que :
2,104α2,103-2,104\le\alpha\le-2,103
Question 6

Déterminer le signe de la fonction ff' sur [10;10]\left[-10 ;10 \right].

Correction
Sur [1;10]\left[-1;10\right] , la fonction ff' est continue et admet 22 comme minimum. La fonction ff' est strictement positive sur cet intervalle.
Sur [10;1]\left[-10;-1\right], la fonction ff' est continue et strictement croissante et f(α)=0f'(\alpha) = 0
Donc f(x)0f'(x)\le0 pour tout x[10;α]x\in\left[-10;\alpha\right] et f(x)0f'(x)\ge0 pour tout x[α;1]x\in\left[\alpha;-1\right]
On résume cela dans un tableau de signe :
Question 7

En déduire le tableau de variation de ff.

Correction
Comme nous connaissons, grâce à la question 66, le tableau de signe de ff', nous avons aisément le tableau de variation de ff, qui est donné ci-dessous :