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La fonction exponentielle
Etude de fonctions - Exercice 5
20 min
35
Question 1
On considère la fonction
f
f
f
définie sur
R
\mathbb{R}
R
par :
f
(
x
)
=
1
2
+
3
e
−
x
f\left(x\right)=\frac{1}{2+3e^{-x} }
f
(
x
)
=
2
+
3
e
−
x
1
Calculer la limite de
f
f
f
en
−
∞
-\infty
−
∞
. Que peut-on en déduire graphiquement?
Correction
Ici, il s'agit d'une limite par composition.
On commence par calculer
lim
x
→
−
∞
−
x
=
+
∞
\lim\limits_{x\to -\infty } -x=+\infty
x
→
−
∞
lim
−
x
=
+
∞
.
On pose
X
=
−
x
X=-x
X
=
−
x
.
Ainsi :
lim
X
→
+
∞
e
X
=
+
∞
\lim\limits_{X\to +\infty } e^{X} =+\infty
X
→
+
∞
lim
e
X
=
+
∞
.
Par composition :
lim
x
→
−
∞
e
−
x
=
+
∞
\lim\limits_{x\to -\infty } e^{-x} =+\infty
x
→
−
∞
lim
e
−
x
=
+
∞
lim
x
→
−
∞
1
=
1
lim
x
→
−
∞
2
+
3
e
−
x
=
+
∞
}
par quotient
\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to -\infty } 1} & {=} & {1} \\ {\lim\limits_{x\to -\infty } 2+3e^{-x}} & {=} & {+\infty } \end{array}\right\}{\text{par quotient}}
x
→
−
∞
lim
1
x
→
−
∞
lim
2
+
3
e
−
x
=
=
1
+
∞
}
par quotient
lim
x
→
−
∞
1
2
+
3
e
−
x
=
0
\lim\limits_{x\to -\infty } \frac{1}{2+3e^{-x} }=0
x
→
−
∞
lim
2
+
3
e
−
x
1
=
0
Si
lim
x
→
+
∞
f
(
x
)
=
l
\lim\limits_{x\to +\infty } f(x) =l
x
→
+
∞
lim
f
(
x
)
=
l
où
l
l
l
est une valeur finie alors la fonction
f
f
f
admet une asymptote horizontale d'équation
y
=
l
y=l
y
=
l
Si
lim
x
→
−
∞
f
(
x
)
=
l
\lim\limits_{x\to -\infty } f(x) =l
x
→
−
∞
lim
f
(
x
)
=
l
où
l
l
l
est une valeur finie alors la fonction
f
f
f
admet une asymptote horizontale d'équation
y
=
l
y=l
y
=
l
La courbe
C
f
C_{f}
C
f
admet au voisinage de
−
∞
-\infty
−
∞
une asymptote horizontale d'équation
y
=
0
y=0
y
=
0
.
Question 2
Calculer la limite de
f
f
f
en
+
∞
+\infty
+
∞
. Que peut-on en déduire graphiquement?
Correction
Ici, il s'agit d'une limite par composition.
On commence par calculer
lim
x
→
+
∞
−
x
=
−
∞
\lim\limits_{x\to +\infty } -x=-\infty
x
→
+
∞
lim
−
x
=
−
∞
.
On pose
X
=
−
x
X=-x
X
=
−
x
.
Ainsi :
lim
X
→
−
∞
e
X
=
0
\lim\limits_{X\to -\infty } e^{X} =0
X
→
−
∞
lim
e
X
=
0
.
Par composition :
lim
x
→
+
∞
e
−
x
=
0
\lim\limits_{x\to +\infty } e^{-x} =0
x
→
+
∞
lim
e
−
x
=
0
lim
x
→
+
∞
1
=
1
lim
x
→
+
∞
2
+
3
e
−
x
=
2
}
par quotient
\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } 1} & {=} & {1} \\ {\lim\limits_{x\to +\infty } 2+3e^{-x}} & {=} & {2 } \end{array}\right\}{\text{par quotient}}
x
→
+
∞
lim
1
x
→
+
∞
lim
2
+
3
e
−
x
=
=
1
2
}
par quotient
lim
x
→
+
∞
1
2
+
3
e
−
x
=
1
2
\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{1}{2+3e^{-x} }=\frac{1}{2}
x
→
+
∞
lim
2
+
3
e
−
x
1
=
2
1
Si
lim
x
→
+
∞
f
(
x
)
=
l
\lim\limits_{x\to +\infty } f(x) =l
x
→
+
∞
lim
f
(
x
)
=
l
où
l
l
l
est une valeur finie alors la fonction
f
f
f
admet une asymptote horizontale d'équation
y
=
l
y=l
y
=
l
Si
lim
x
→
−
∞
f
(
x
)
=
l
\lim\limits_{x\to -\infty } f(x) =l
x
→
−
∞
lim
f
(
x
)
=
l
où
l
l
l
est une valeur finie alors la fonction
f
f
f
admet une asymptote horizontale d'équation
y
=
l
y=l
y
=
l
La courbe
C
f
C_{f}
C
f
admet au voisinage de
+
∞
+\infty
+
∞
une asymptote horizontale d'équation
y
=
1
2
y=\frac{1}{2}
y
=
2
1
.
Question 3
Etudier les variations de
f
f
f
.
Correction
f
f
f
est dérivable sur
R
\mathbb{R}
R
.
Ici on reconnaît la forme
(
1
v
)
′
=
−
v
′
v
2
\left(\frac{1}{v} \right)^{'} =\frac{-v'}{v^{2} }
(
v
1
)
′
=
v
2
−
v
′
avec
v
(
x
)
=
2
+
3
e
−
x
v\left(x\right)=2+3e^{-x}
v
(
x
)
=
2
+
3
e
−
x
.
Ainsi
v
′
(
x
)
=
−
3
e
−
x
v'\left(x\right)=-3e^{-x}
v
′
(
x
)
=
−
3
e
−
x
.
f
′
(
x
)
=
−
−
3
e
−
x
(
2
+
3
e
−
x
)
2
f'\left(x\right)=-\frac{-3e^{-x} }{\left(2+3e^{-x} \right)^{2} }
f
′
(
x
)
=
−
(
2
+
3
e
−
x
)
2
−
3
e
−
x
Il vient alors que :
f
′
(
x
)
=
3
e
−
x
(
2
+
3
e
−
x
)
2
f'\left(x\right)=\frac{3e^{-x} }{\left(2+3e^{-x} \right)^{2} }
f
′
(
x
)
=
(
2
+
3
e
−
x
)
2
3
e
−
x
Pour tout réel
x
x
x
, on vérifie aisément que :
(
2
+
3
e
−
x
)
2
>
0
\left(2+3e^{-x} \right)^{2}>0
(
2
+
3
e
−
x
)
2
>
0
. De plus ,
e
−
x
>
0
e^{-x}>0
e
−
x
>
0
et donc que
3
e
−
x
>
0
3e^{-x}>0
3
e
−
x
>
0
.
Il en résulte donc que pour tout réel
x
x
x
, on a :
f
′
(
x
)
>
0
f'\left(x\right)>0
f
′
(
x
)
>
0
. La fonction
f
f
f
est donc croissante sur
R
\mathbb{R}
R
.