La fonction exponentielle

Exercices types : 1ère partie - Exercice 3

20 min
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Soit ff la fonction définie sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[ par f(x)=(4x+1)e2xf\left(x\right)=\left(4x+1\right)e^{-2x} .
On note (C)\left(C\right) sa courbe représentative dans un repère orthogonal du plan.
Question 1

Déterminer la limite de ff en -\infty .

Correction
limx4x+1=limxe2x=+}par produit\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to -\infty } 4x+1} & {=} & {-\infty } \\ {\lim\limits_{x\to -\infty } e^{-2x} } & {=} & {+\infty } \end{array}\right\}{\text{par produit}}
limx(4x+1)e2x=\lim\limits_{x\to -\infty } \left(4x+1\right)e^{-2x} =-\infty
Question 2
On admet que : limx+f(x)=0\lim\limits_{x\to +\infty } f\left(x\right)=0

En déduire que (C)\left(C\right) admet une asymptote horizontale que l'on précisera.

Correction
Comme limx+(4x+1)e2x=0\lim\limits_{x\to +\infty } \left(4x+1\right)e^{-2x} =0, il existe une asymptote horizontale d'équation y=0y=0.
Question 3

Etudier les variations de ff puis dresser son tableau de variation.

Correction
Soit f(x)=(4x+1)e2xf\left(x\right)=\left(4x+1\right)e^{-2x}
ff est dérivable sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[
Ici on reconnait la forme (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=4x+1u\left(x\right)=4x+1 et v(x)=e2xv\left(x\right)=e^{-2x} .
Ainsi u(x)=4u'\left(x\right)=4 et v(x)=2e2xv'\left(x\right)=-2e^{-2x} .
Il vient alors que :
f(x)=4e2x+(4x+1)(2e2x)f'\left(x\right)=4e^{-2x} +\left(4x+1\right)\left(-2e^{-2x} \right)
f(x)=4e2x+4x×(2e2x)+1×(2e2x)f'\left(x\right)=4e^{-2x} +4x\times\left(-2e^{-2x} \right) +1\times\left(-2e^{-2x} \right)
f(x)=4e2x8xe2x2e2xf'\left(x\right)=4e^{-2x} -8xe^{-2x} -2e^{-2x}
f(x)=2e2x8xe2xf'\left(x\right)=2e^{-2x} -8xe^{-2x} . Nous allons maintenant factoriser par e2xe^{-2x} .
f(x)=e2x(8x+2)f'\left(x\right)=e^{-2x} \left(-8x+2\right)

Pour tout réel xx, on a e2x>0e^{-2x} >0.
8x+208x2x28x14-8x+2\ge 0\Leftrightarrow -8x\ge -2\Leftrightarrow x\le \frac{-2}{-8} \Leftrightarrow x\le \frac{1}{4}
Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 8x+2-8x+2 lorsque xx sera inférieur ou égale à 14\frac{1}{4}.
On en déduit le tableau de variation suivant :
Question 4

Déterminer une équation de la tangente à (C)\left(C\right) au point d'abscisse 32\frac{3}{2} .

Correction
La formule de l'équation de la tangente au point d'abscisse aa est donnée par :
y=f(a)(xa)+f(a).y=f'\left(a\right)\left(x-a\right)+f\left(a\right).
Dans cette exercice, a=32a=\frac{3}{2} .
On a alors y=f(32)(x32)+f(32)y=f'\left(\frac{3}{2} \right)\left(x-\frac{3}{2} \right)+f\left(\frac{3}{2} \right)
f(32)=(4×32+1)e2×32f(32)=7e3f\left(\frac{3}{2} \right)=\left(4\times \frac{3}{2} +1\right)e^{-2\times \frac{3}{2} } \Leftrightarrow f\left(\frac{3}{2} \right)=7e^{-3}
f(32)=e2×32(8×32+2)f(32)=10e3f'\left(\frac{3}{2} \right)=e^{-2\times \frac{3}{2} } \left(-8\times \frac{3}{2} +2\right)\Leftrightarrow f'\left(\frac{3}{2} \right)=-10e^{-3}
Il en résulte que :
y=10e3(x32)+7e3y=10e3x+15e3+7e3y=-10e^{-3} \left(x-\frac{3}{2} \right)+7e^{-3} \Leftrightarrow y=-10e^{-3} x+15e^{-3} +7e^{-3} \Leftrightarrow
y=10e3x+22e3y=-10e^{-3} x+22e^{-3}