Pour chacune des propositions suivantes, dire si elle est vraie ou fausse en justifiant la réponse.
Question 1
Soit f une fonction définie sur [0,π] par f(x)=e−2xcos(x). Proposition : « f′(x)=e−2x(−2sin(x)+cos(x)) » .
Correction
La proposition est fausse. f est dérivable sur [0,π]. On reconnaît la forme : (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=e−2x et v(x)=cos(x). Ainsi u′(x)=−2e−2x et v′(x)=−sin(x). Il vient alors que : f′(x)=−2e−2x×cos(x)+e−2x×(−sin(x))
f′(x)=e−2x(−2cos(x)−sin(x))
Question 2
Soit f une fonction définie sur ]−1;+∞[ par f(x)=x+1e−2x. Proposition : « f admet deux asymptotes ».
Correction
La proposition est vraie. D'une part : calculons : x→+∞limf(x) x→+∞limf(x)=x→+∞limx+1e−2x équivaut successivement à : x→+∞limf(x)=x→+∞lim(x+1)e2x1 car e−2x=e2x1 x→+∞lim1x→+∞lim(x+1)e2x==1+∞} par quotient : x→+∞limf(x)=0. Ainsi , il existe une asymptote horizontale d'équation y=0 au voisinage de +∞. D'autre part : calculons : x→−1x>−1limf(x) x→−1x>−1limf(x)=x→−1x>−1limx+1e−2x x→−1x>−1lime−2xx→−1x>−1limx+1==e−20+⎭⎬⎫ par quotient : x→−1x>−1limf(x)=+∞ Ainsi, il existe une asymptote verticale d'équation x=−1 .
Question 3
Soit f une fonction définie sur R par f(x)=e2x−e−2x+2 Soit A le point d'abscisse : 2ln(2). Proposition : « la tangente à la courbe f au point d'abscisse A est y=5x+27−24ln(2) ».
Correction
La proposition est fausse. On commence par calculer la dérivée de f. f est dérivable sur R et f′(x)=2e2x+2e−2x. L'équation de la tangente à la courbe f au point d'abscisse 2ln(2) s'écrit : y=f′(2ln(2))(x−2ln(2))+f(2ln(2))
f(2ln(2))=e2(2ln(2))−e−2(2ln(2))+2 f(2ln(2))=eln(2)−e−ln(2)+2 f(2ln(2))=2−eln(2)1+2 f(2ln(2))=2−21+2=27 Or : y=f′(2ln(2))(x−2ln(2))+f(2ln(2)) donc , y=5(x−2ln(2))+27
y=5x−25ln(2)+27
Question 4
Soit f une fonction définie sur R par f(x)=(ax+b)e2x où a et b sont deux réels. La courbe représentative de la fonction f passe par le point A(0;−4) et admet en ce point une tangente parallèle à la droite d'équation y=−6x+2. Proposition : « la fonction f s'écrit f(x)=(2x−4)e2x ».
Correction
La proposition est vraie. D'après l'énoncé, on en déduit deux informations
f(0)=−4
Le nombre f′(0) désigne le coefficient directeur de la droite tangente à la courbe au point d'abscisse 0. Dans cet exercice la tangente au point d'abscisse 0 est parallèle à la droite d'équation y=−6x+2 donc f′(0)=−6.
f(0)=−4 équivaut successivement à : (a×0+b)e2×0=−4
b=−4
Ensuite, calculons la dérivée de f. f est dérivable sur R, on reconnaît la forme (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=ax+b et v(x)=e2x. Ainsi u′(x)=a et v′(x)=2e2x. D'où : f′(x)=ae2x+(ax+b)×2e2x f′(x)=e2x(a+(ax+b)×2) f′(x)=e2x(a+2ax+2b) Or : f′(0)=−6 , il s'ensuit que : e2×0(a+2a×0+2b)=−6 a+2b=−6 (rappel b=−4 ) a+2×−4=−6
a=2
Finalement : f(x)=(2x−4)e2x
Question 5
Soit : A=(2ex+e−x)2+(2ex−e−x)2. Proposition : « A=2e2x−e−2x » .
Correction
La proposition est fausse. A=(2ex+e−x)2+(2ex−e−x)2équivaut successivement à : A=4(ex)2+2×ex×e−x+(e−x)2+4(ex)2−2×ex×e−x+(e−x)2 A=4e2x+2+e−2x+4e2x−2+e−2x A=42e2x+2e−2x
A=2e2x+e−2x
Question 6
Soit f une fonction définie sur R par f(x)=ex+e−xex−e−x. Proposition : « f(x)=1+e−2x1−e−2x ».
Correction
La proposition est vraie. f(x)=ex+e−xex−e−x équivaut successivement à : f(x)=(ex+e−x)×e−x(ex−e−x)×e−x (on a multiplié le numérateur et le dénominateur par e−x) f(x)=ex×e−x+e−x×e−xex×e−x−e−x×e−x
f(x)=1+e−2x1−e−2x
Question 7
Soit f une fonction définie par f(x)=1−2e3x−12ex. Proposition : « Le domaine de définition de f est : I=]3−ln(2)+1;+∞[ » .
Correction
La proposition est vraie. f une fonction définie si et seulement si 1−2e3x−1>0 1−2e3x−1>0 équivaut successivement à −2e3x−1>−1 e3x−1<21 ln(e3x−1)<ln(21) 3x−1<ln(21) 3x−1<−ln(2) car ln(21)=−ln(2) 3x<−ln(2)+1
x<3−ln(2)+1
Finalement le domaine de définition de f est I=]−∞;3−ln(2)+1[
Question 8
Soit f une fonction définie sur R par f(x)=(x2+4x+3)e−x Proposition : « f"(x)+2f′(x)+f(x)=3e−x » .
Correction
La proposition est fausse. f est dérivable sur R On reconnaît la forme : (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=x2+4x+3 et v(x)=e−x Ainsi u′(x)=2x+4 et v′(x)=−e−x. Ainsi : f′(x)=(2x+4)e−x+(x2+4x+3)×(−e−x) f′(x)=e−x×(2x+4+(x2+4x+3)×(−1)) f′(x)=e−x×(2x+4−x2−4x−3) f′(x)=e−x(−x2−2x+1) On dérive maintenant f′ afin d'obtenir f". On reconnait la forme (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=−x2−2x+1 et v(x)=e−x Ainsi u′(x)=−2x−2 et v′(x)=−e−x. Ainsi : f′′(x)=(−2x−2)e−x+(−x2−2x+1)×(−e−x) f′′(x)=e−x×(−2x−2+(−x2−2x+1)×(−1)) f′′(x)=e−x×(−2x−2+x2+2x−1) f′′(x)=e−x(x2−3) Maintenant calculons : f′′(x)+2f′(x)+f(x)=e−x(x2−3)+2[e−x(−x2−2x+1)]+(x2+4x+3)e−x équivaut à : f′′(x)+2f′(x)+f(x)=e−x[x2−3+2×(−x2−2x+1)+x2+4x+3] f′′(x)+2f′(x)+f(x)=e−x[x2−3−2x2−4x+2+x2+4x+3] f′′(x)+2f′(x)+f(x)=e−x×[2]
f′′(x)+2f′(x)+f(x)=2e−x
Question 9
Soit f une fonction définie sur R par f(x)=1+e−x3e−x. Proposition : « A=∫0ln(2)f(x)dx=3ln(43) » .
Correction
La proposition est fausse.
Une primitive de la forme u(x)u′(x) est de la forme ln(u(x))
Soient u(x)=1+e−x donc u′(x)=−e−x Ainsi : f(x)=−3×1+e−x−e−x=−3×u(x)u′(x) F(x)=−3×ln(1+e−x) D'où : A=∫0ln(2)f(x)dx A=[−3×ln(1+e−x)]0ln(2) A=−3×ln(1+e−ln(2))−(−3×ln(1+e−0)) A=−3×ln(1+e−ln(2))+3×ln(1+e−0) A=−3×ln(1+eln(2)1)+3×ln(1+1) A=−3×ln(1+21)+3×ln(1+1) A=−3×ln(23)+3×ln(2) A=3×(ln(2)−ln(23)) A=3×ln((23)2) A=3×ln(2×32)
A=3ln(34)
La vraie réponse est : 3ln(34)
Question 10
Soit f une fonction définie sur ]0;+∞[ par f(x)=ln(ex+1ex−1). Proposition : « f est croissante sur ]0;+∞[ » .
Correction
La proposition est vraie. Etudions le signe de la dérivée de f. f est dérivable sur]0;+∞[. Posons tout d'abord g(x)=ex+1ex−1 et calculons la dérivée de g. On reconnaît la forme : (uv)′=v2u′v−uv′ avec u(x)=ex−1 et v(x)=ex+1. Ainsi u′(x)=ex et v′(x)=ex. g′(x)=(ex+1)2ex×(ex+1)−ex×(ex−1) g′(x)=(ex+1)2e2x+ex−(e2x−ex) g′(x)=(ex+1)2e2x+ex−e2x+ex
g′(x)=(ex+1)22ex
Maintenant nous pouvons calculer la dérivée de f où f(x)=ln(g(x)) avec g(x)=ex+1ex−1 D'après le cours : (ln(g(x)))′=g(x)g′(x). Nous avons calculé précédemment g′. Il vient alors que : f′(x)=(ex+1ex−1)((ex+1)22ex)
(dc)(ba)=ba×cd
Donc : f′(x)=(ex+1)22ex×ex−1ex+1 f′(x)=ex+12ex×ex−11 Soit x∈]0;+∞[, on sait que : 2ex>0 et ex+1>0. Donc le signe de f′ dépend de ex−1. Comme x∈]0;+∞[ alors : x>0 équivaut successivement à : ex>e0 ex>1 ex−1>0 Il en résulte donc que f′(x)>0 donc que la fonction f est croissante sur ]0;+∞[.
Question 11
Soit f une fonction définie sur ]0;+∞[ par f(x)=2x+1+ex−1ex. Proposition : « f admet un minimum qui vaut 2ln(2)+3 ».
Correction
La proposition est fausse. Etudions le signe de la dérivée de f. f est dérivable sur ]0;+∞[. Posons tout d'abord g(x)=ex−1ex et calculons la dérivée de g. On reconnaît la forme = (uv)′=v2u′v−uv′ avec u(x)=ex et v(x)=ex−1. Ainsi u′(x)=ex et v′(x)=ex. g′(x)=(ex−1)2ex×(ex−1)−ex×ex g′(x)=(ex−1)2e2x−ex−e2x g′(x)=(ex−1)2−ex Maintenant nous pouvons calculer la dérivée de f, il vient alors que : f′(x)=2+(ex−1)2−ex f′(x)=(ex−1)22(ex−1)2−ex Nous avons mis tout au même dénominateur. f′(x)=(ex−1)22(e2x−2ex+1)−ex f′(x)=(ex−1)22e2x−4ex+2−ex f′(x)=(ex−1)22e2x−5ex+2 Soit x∈]0;+∞[, on sait que (ex−1)2>0. Donc le signe de f′ dépend de 2e2x−5ex+2. Pour étudier le signe de 2e2x−5ex+2, on va commencer par effectuer le changement de variable X=ex. Ainsi 2e2x−5ex+2 s'écrit 2X2−5X+2. On reconnaît un trinôme du second degré. On utilise le discriminant. Les racines sont alors X1=21 et X2=2. On peut donc factoriser 2X2−5X+2 ainsi : 2X2−5X+2=2(X−21)(X−2)
Si Δ>0 alors : ax2+bx+c=a(x−x1)(x−x2) vu en 1ère S
Autrement dit : 2e2x−5ex+2=2(ex−21)(ex−2) Il nous suffit donc d'étudier le signe de 2(ex−21)(ex−2) à l'aide d'un tableau de signe qui nous donnera le signe de f′.
D'une part : ex−21>0 équivaut à : ex>21 ln(ex)>ln(21)
x>−ln(2) or −ln(2)<0 et comme x∈]0;+∞[ alors ex−21>0 pour tout réel x∈]0;+∞[
D'autre part : ex−2>0 équivaut à : ex>2 ln(ex)>ln(2) x>ln(2)
Dressons enfin le tableau de variation de f :
f admet donc un minimum lorsque x=ln(2). Ainsi : f(ln(2))=2×ln(2)+1+eln(2)−1eln(2) f(ln(2))=2×ln(2)+1+2−12 f(ln(2))=2ln(2)+1−2 f(ln(2))=2ln(2)−1 f admet un minimum qui vaut 2ln(2)−1.
Question 12
Soit f une fonction définie sur ]−3;+∞[ par f(x)=e3+x2−x. Proposition : « x→−3x>−3limf(x)=−∞ et x→+∞limf(x)=e1 » .
Correction
La proposition est fausse.
Ici il s'agit de limite par composition.
Commençons par calculer x→+∞limf(x) Dans un premier temps x→+∞lim3+x2−x=x→+∞limx−x=−1 . On pose X=3+x2−x D'où : X→−1limeX=e−1. Finalement, par composition x→+∞limf(x)=e1
Ensuite, calculons x→−3x>−3limf(x) Dans un premier temps : x→−3x>−3lim3+x2−x x→−3x>−3lim2−xx→−3x>−3lim3+x==50+⎭⎬⎫ par quotient x→−3x>−3lim3+x2−x=+∞. On pose X=3+x2−x D'où : X→+∞limeX=+∞. Finalement, par composition :
x→−3x>−3limf(x)=+∞
Question 13
Soit f une fonction définie sur ]0;+∞[ par f(x)=xex+1ex−1. Proposition : « f(x)=x+e−x1−e−x et x→+∞limf(x)=0 » .
Correction
La proposition est vraie. On sait que : f(x)=xex+1ex−1. Nous allons multiplier le numérateur et le dénominateur par e−x. f(x)=xex+1ex−1 équivaut à : f(x)=(xex+1)×e−x(ex−1)×e−x f(x)=xex×e−x+1×e−xex×e−x−e−x
f(x)=x+e−x1−e−x
Passons maintenant à la limite : x→+∞lim1−e−xx→+∞limx+e−x==1+∞} par quotient
x→+∞limx+e−x1−e−x=0
.
Question 14
x→+∞lim5x36e−3x+1=0
Correction
La proposition est vraie. Nous allons commencer par calculer la limite du numérateur . Ici, il s'agit d'une limite par composition. On commence par calculer x→+∞lim−3x+1=−∞. On pose X=−3x+1. Ainsi : X→−∞lim6eX=0. Par composition :
x→+∞lim6e−3x+1=0
x→+∞lim6e−3x+1x→+∞lim5x3==0+∞} par quotient, on rencontre ici une forme indéterminée. Ici, pour pouvoir calculer la limite, nous allons faire apparaitre un produit. x→+∞lim5x36e−3x+1=x→+∞lim6e−3x+1×5x31 . Il en résulte donc que : x→+∞lim6e−3x+1x→+∞lim5x31==00}par produit
x→+∞lim6e−3x+1×5x31=0
Finalement : x→+∞lim5x36e−3x+1=0
Question 15
A l'aide de la représentation graphique ci-dessous de la fonction f :
On a : f′(1)=−2
Correction
La proposition est fausse. f′(1) correspond au coefficient directeur de la tangente à la courbe au point d'abscisse 1.
Les points A(1;0) et B(0;−2) appartiennent à cette tangente. A l'aide du point A et du point B on va pouvoir donner le coefficient directeur de la tangente. f′(1)=xB−xAyB−yA f′(1)=0−1−2−0 Ainsi :
f′(1)=2
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