Fonction exponentielle de base $e$

Exercices types : 11ère partie - Exercice 3

20 min
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On considère la fonction gg définie sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[ par g(x)=2exx2g\left(x\right)=2e^{x} -x-2
Question 1

Déterminer la limite de gg en -\infty .

Correction
  • limx+ex=+\lim\limits_{x\to +\infty } e^{x} =+\infty
  • limxex=0\lim\limits_{x\to -\infty } e^{x} =0
limx2ex=0limxx2=+}par somme\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to -\infty } 2e^{x} } & {=} & {0 } \\ {\lim\limits_{x\to -\infty } -x -2} & {=} & {+\infty } \end{array}\right\}{\text{par somme}}
limx2exx2=+\lim\limits_{x\to -\infty } 2e^{x} -x-2=+\infty

Question 2

Déterminer la limite de gg en ++\infty .

Correction
  • limx+xex=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{x}{e^{x} } =0
limx+2ex=+limx+x2=}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } 2e^{x}} & {=} & {+\infty } \\ {\lim\limits_{x\to +\infty } -x-2 } & {=} & {-\infty } \end{array}\right\} On rencontre ici une forme indéterminée.
Pour relever cette indétermination, factorisons par exe^{x} .
Cela donne :
limx+2exx2=limx+ex(2xex2ex).\lim\limits_{x\to +\infty } 2e^{x} -x-2 =\lim\limits_{x\to +\infty } e^{x} \left(2-\frac{x}{e^{x} } -\frac{2}{e^{x} }\right).

On a alors :
limx+ex=+limx+2xex2ex=2}par produitlimx+ex(2xex2ex)=+.\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } e^{x} } & {=} & {+\infty } \\ {\lim\limits_{x\to +\infty }2-\frac{x}{e^{x} } -\frac{2}{e^{x} }} & {=} & {2} \end{array}\right\}{\text{par produit}}\lim\limits_{x\to +\infty } e^{x} \left(2-\frac{x}{e^{x} } -\frac{2}{e^{x} }\right)=+\infty .
Finalement :
limx+2exx2=+\lim\limits_{x\to +\infty } 2e^{x} -x-2=+\infty

Question 3

Étudier le sens de variation de gg, puis dresser son tableau de variation.

Correction
gg est dérivable sur ];+[\left]-\infty ;+\infty \right[ .
On a :
g(x)=2ex1g'\left(x\right)=2e^{x} -1

Résolvons l'inéquation :
2ex102e^{x} -1 \ge 0 équivaut successivement à :
2ex12e^{x} \ge 1
ex12e^{x} \ge \frac{1}{2}
exeln(12)e^{x} \ge e^{\ln \left(\frac{1}{2} \right)}
xln(12)x \ge \ln \left(\frac{1}{2} \right)
Cela signifie que 2ex102e^{x} -1 \ge 0 lorsque xln(12)x \ge \ln \left(\frac{1}{2} \right). Nous traduisons cela dans un tableau de variation, ainsi :
g(ln(12))=2eln(12)ln(12)2g\left(\ln \left(\frac{1}{2} \right)\right)=2e^{\ln \left(\frac{1}{2} \right)} -\ln \left(\frac{1}{2} \right)-2 ainsi g(ln(12))=2×12ln(12)2g\left(\ln \left(\frac{1}{2} \right)\right)=2\times\frac{1}{2} -\ln \left(\frac{1}{2} \right)-2
d'où
g(ln(12))=ln(12)1g\left(\ln \left(\frac{1}{2} \right)\right)=-\ln \left(\frac{1}{2} \right)-1