Corrigé du devoir maison des vacances de Toussaint

Documents pareils
Continuité et dérivabilité d une fonction

Etude de fonctions: procédure et exemple

I. Ensemble de définition d'une fonction

Nombre dérivé et tangente

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

a et b étant deux nombres relatifs donnés, une fonction affine est une fonction qui a un nombre x associe le nombre ax + b

Dérivation CONTENUS CAPACITÉS ATTENDUES COMMENTAIRES

CCP PSI Mathématiques 1 : un corrigé

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Dérivation : cours. Dérivation dans R

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Fonctions de plusieurs variables

Cours Fonctions de deux variables

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

Chapitre 4: Dérivée d'une fonction et règles de calcul

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Mais comment on fait pour...

Développements limités. Notion de développement limité

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

I. Polynômes de Tchebychev

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

IV- Equations, inéquations dans R, Systèmes d équations

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Limites finies en un point

Image d un intervalle par une fonction continue

Fonctions homographiques

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Représentation géométrique d un nombre complexe

Complément d information concernant la fiche de concordance

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Rappels sur les suites - Algorithme

Du Premier au Second Degré

Continuité en un point

La fonction exponentielle

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Exercice 3 (5 points) A(x) = 1-e -0039' e- 0,039x A '() -'-,..--,-,--,------:-- X = (l_e-0,039x)2

Notes du cours MTH1101N Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 13 avril 2011

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

Mathématiques I Section Architecture, EPFL

Introduction à l étude des Corps Finis

Fonction inverse Fonctions homographiques

Équations non linéaires

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

Optimisation des fonctions de plusieurs variables

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

Exo7. Matrice d une application linéaire. Corrections d Arnaud Bodin.

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Quelques contrôle de Première S

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

O, i, ) ln x. (ln x)2

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Exercice 1 Trouver l équation du plan tangent pour chaque surface ci-dessous, au point (x 0,y 0,z 0 ) donné :

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

3 Approximation de solutions d équations

Raisonnement par récurrence Suites numériques

Dérivation : Résumé de cours et méthodes

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

Baccalauréat L spécialité, Métropole et Réunion, 19 juin 2009 Corrigé.

2.4 Représentation graphique, tableau de Karnaugh

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Baccalauréat ES/L Métropole La Réunion 13 septembre 2013 Corrigé

Chapitre 1 : Évolution COURS

Vision industrielle et télédétection - Détection d ellipses. Guillaume Martinez 17 décembre 2007

Présentation du langage et premières fonctions

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

2. RAPPEL DES TECHNIQUES DE CALCUL DANS R

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

Maple: premiers calculs et premières applications

Programmation linéaire

Chapitre 11. Séries de Fourier. Nous supposons connues les formules donnant les coefficients de Fourier d une fonction 2 - périodique :

Capes Première épreuve

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Seconde Généralités sur les fonctions Exercices. Notion de fonction.

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

Structures algébriques

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Coefficients binomiaux

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

1S Modèles de rédaction Enoncés

Bien lire l énoncé 2 fois avant de continuer - Méthodes et/ou Explications Réponses. Antécédents d un nombre par une fonction

Résolution d équations non linéaires

Transcription:

Corrigé du devoir maison des vacances de Toussaint APpage 60 Etudier le signe d'une expression. Signe d'une fonction affine ou d'un polynôme du second degré Pour une fonction affine de la forme f ( x )=mx+ p on résout l'équation mx+ p=0 : mx+ p=0 x= p m on précise le signe de m puis on conclut en construisant le tableau de signes Pour une fonction polynôme du second degré de la forme f ( x )=ax 2 +bx+c On détermine ses éventuelles racines ( en calculant le discriminant si nécessaire) On précise le signe de a puis on conclut en construisant le tableau de signes, si nécessaire. Remarques : )Dans le cas où le trinôme est incomplet ( b=0 ou c=0 ), le calcul de Δ n'est pas nécessaire. 2)Dans le cas où Δ<0 ou Δ=0, le tableau de signes ne s'impose pas. 2. Signe d'une fonction polynôme ou rationnelle a) signe de ( x+) ( x 2 +6 x ) On étudie séparément les racines de chaque facteur : x+=0 x= x 2 +6 x=0 x (x+6)=0 x=0 ou x= 6 x 6 0 Comme >0 signe de x + 0 + + Comme >0 signe de x 2 +6x + 0 0 + signe du produit 0 + 0 0 + b) signe de x+4 x+3 : Cette expression n'est définie que pour x 3 x R 3 Comme >0 signe de x + 4 0 + + Comme -<0 signe de f ' ( x )=3 x 2 + + 0 signe du quotient 0 + 2x c) signe de x 2 +4x+ Le trinôme au dénominateur a un discriminant égal à 20, il admet donc deux racines réelles distinctes : x = 4 20 =2+ 5 et x 2 = 4+ 20 =2 5 2 2 Ce sont les deux valeurs interdites de l'expression initiale x 2 5 0 2+ 5 Comme 2>0 signe de 2 x 0 + + Comme -<0 signe de x 2 +4 x+ signe du quotient 0 + + 0 + 0 +

d) signe de ( x 2 +8)( x ) Pour tout x réel, x 2 +8>0, donc le produit est toujours du signe de x e) signe de ( x+2) ( x+6) 3 2 x x + signe du 0 + produit Le numérateur s'annule en x= 2 et x=6 et est strictement négatif en dehors de ses racines ( le coefficient devant x 2 de sa forme développée est négatif ) Le dénominateur est une fonction affine décroissante qui s'annule en x= 3 2 ( la valeur interdite ) x -2 3 2 6 signe du numérateur 0 + + 0 signe du dénominateur + + 0 signe du quotient 0 + 0 + 3. Position d'une courbe par rapport à une tangente f est une fonction polynôme donc elle est définie, continue et dérivable sur R Pour tout x réel, f ' ( x )=3 x 2 T la tangente à C f, au point A d'abscisse, a pour équation y= f ' () ( x )+ f () f ()= 3 =0, f ' ()=3 2 =2 et donc T a pour équation y=2( x ) Contrôle graphique T est bien la tangente de C f au point A car au voisinage du point A, C f et T sont confondues. Pour étudier la position de C f par rapport à sa tangente T, on étudie le signe de la différence des fonction associées f ( x ) 2 ( x ) = x 3 x 2 ( x ) = x ( x 2 ) 2( x ) = x (x ) (x+) 2 (x ) = ( x ) ( x ( x+) 2) = ( x ) ( x 2 + x 2) = ( x ) ( x ) ( x+2) ( x ) 2 >0 pour tout x donc la différence f ( x ) 2 ( x ) est du signe de x+2 sauf en x= où elle s'annule. x -2 signe de x+ 2 0 + + signe de ( x ) 2 + + 0 + signe de f ( x ) 2 ( x ) 0 + 0 + Interprétation graphique du résultat précédent f ( x )<2 ( x ) quand x ]- ;-2[ donc C f est en dessous de T, au sens strict, sur ] ; 2[ f ( x ) 2 ( x )=0 quand x= 2 et x=, donc C f et T ont deux points communs d'abscisses-2 et f ( x )>2 ( x ) quand x ] 2 ; [ ] ;+ [ donc C f est au dessus de T, au sens strict, sur ] 2;[ et sur ];+ [

AP2 page 60 Signe d'une expression avec racine carrée Signe de x x+ pour x x+=0 quand x= et sinon pour tout x>, x+>0, donc x+>0 Le produit x x+ est du signe de x, sauf en x= où x+=0 x - 0 signe de x 0 + signe de x+ 0 + + signe du produit 0 0 + Signe de x+3 x 6 pour x 6 Pour tout x 6, { x+3 9 x 6 0, donc { x+3 9>0 x 6 0 L'inégalité 3> 6 étant toujours vérifiée, on peut conclure que : d'où : x+3 x 6>0 x+3> x 6 x+3>x 6 3> 6 Pour tout x 6, x+3 x 6>0 Le tableau de signe n'est pas nécessaire Remarque : Une autre méthode était envisageable Pour x 6, x+3 x 6 = ( x+3 x 6) = x+3 ( x 6) = 9 Pour tout x 6, le dénominateur est>0 donc l'expression est du signe de 9, càd toujours >0. Signe de 4 x x+2 pour 2< x<4 0<4 x<6 Pour tout 2< x<4, { 0< x+2<6, donc { 0< 4 x< 6 0< x+2< 6 d'où 4 x x+2 >0 4 x > x+2 4 x< x+2 4 x< x+2 2<2x <x x 2 4 signe de l'expression 0 +

AP3 page 6 Travailler la rédaction Soit f fonction polynôme de degré 3 définie sur [ 4; 4] par f ( x )=2 x 3 3 x 2 2 x+2 f est continue et dérivable sur [ 4; 4],et pour tout x de [ 4; 4], f ' ( x )=6 x 2 6 x 2 Posons a=6,b= 6 et c= 2, Δ=b 2 4a c=324 f ' ( x ) admet deux racines réelles distinctes : x = 6 324 = et x 2 2 = 6 324 =2 2 Comme a>0, f ' ( x ) est strictement positif à l'extérieur de ses racines, d'où le tbl de var de f : x 4-2 4 signe de f '(x) + + Variations de 9 34 f -26-8 Sur chacun des intervalles suivants [ 4; ], [ ; 2] et [ 2; 4], f est continue, strictement monotone et change de signe donc 0 est une valeur prise par f exactement une fois sur ces trois intervalles. Conclusion : l'équation f ( x )=0 admet exactement trois solutions. AP4 page 6 Des problèmes de tangentes. Le point sur les connaissances a) f ' (a ) est le coefficient directeur de T la tangente à C f au point A d'abscisse a b) T a pour équation y= f ' (a) ( x a)+ f (a) c) Le vecteur u ( est un vecteur directeur de T f ' (a)) 2. Trois types de problèmes de tangentes Soit f fonction dérivable sur R définie par f ( x )=x 3 3x+ Existe-t-il des tangentes à C f passant par le point P de coordonnées (2;-5)? Soit A un point quelconque de C f d'abscisse a Comme f est dérivable sur R, C f admet une tangente non verticale en A d'équation y= f ' (a) ( x a)+ f (a) P T A y P = f ' (a ) (x P a )+ f (a ) 5=(3a 2 3)(2 a )+a 3 3a+ 5=6a 2 3 a 3 6+3a+a 3 3a+ On obtient une équation d'inconnue a qui se simplifie très bien P T A 6a 2 2a 3 =0 a 2 (6 2 a)=0 a=0 ou a=3 P est un point d'exactement deux tangentes à C f, au point d'abscisse 0 et au point d'abscisse 3 Existe-t-il des tangentes à C f parallèles à la droite d'équation y=3 x? Soit A un point quelconque de C f d'abscisse a Comme f est dérivable sur R, C f admet une tangente non verticale en A d'équation y= f ' (a) ( x a)+ f (a) T A est parallèle à la droite d'équation y=3 x si et seulement si elles ont le même coefficient directeur. f ' (a )=3 3a 2 3=3 3a 2 =6 a 2 =2 a=± 2

Il y a exactement deux tangentes à C f parallèles à la droite d'équation y=3x : la tangente à C f au point d'abscisse 2 et celle au point d'abscisse 2. Existe-t-il des tangentes à C f perpendiculaires à la droite d'équation y= 2x 2? Soit A un point quelconque de C f d'abscisse a Comme f est dérivable sur R, C f admet une tangente non verticale en A d'équation y= f ' (a) ( x a)+ f (a) T A est perpendiculaire à la droite d'équation y= 2x 2 si et seulement si elles ont des vecteurs directeurs orthogonaux,càd de produit scalaire nul. T A a pour vecteur directeur u ( f ' (a )) et d' a pour vecteur directeur v ( 2) u. v=0 2 f ' (a)=0 6a 2 +6=0 6 a 2 =7 a=± 7 6 Il y a exactement deux tangentes à C f perpendiculaires à la droite d'équation y= 2x 2 : la tangente à C f au point d'abscisse 7 6 et celle au point d'abscisse 7 6. AP5 page 62 Fonctions continues à dérivées discontinues La fonction valeur absolue La fonction valeur absolue est continue sur R mais n'est dérivable que sur R *. Elle n'est pas dérivable en 0 ( f ' (0) n'existe pas ) Si on note τ 0 (h) le taux d'accroissement de la fonction valeur absolue entre 0 et 0+h, avec h 0 Pour h>0, τ 0 (h)= et pour h<0, τ 0 (h)= Donc lim h 0 τ 0 (h) n'existe pas mais lim h 0 h>0 τ 0 (h)= et lim h 0 h <0 τ 0 (h)= La fonction valeur absolue est dite dérivable à gauche et à droite en 0 mais non dérivable en 0 C f admet deux demi-tangentes au point d'abscisse 0 f ( x )= x = { x si x 0 x si x<0 et f ' ( x )= { si x>0 si x<0 f ' n'est évidemment pas continue sur R, vu que elle n'est pas définie en 0. Exemple de fonction définie par morceaux,continue sur R mais de dérivée discontinue h ( x )= { 2 x 2 si x x 2 2 x+2 si x> h est continue sur ] ; ] et sur ] ;+ [, mais pour affirmer qu'elle est continue sur R, il faut que les deux morceaux de courbes se raccordent au point d'abscisse. On sait que h ()=2 2 = Pour tout x>,h(x )=x 2 2 x+2, donc lim h ( x )==h () x> En conclusion, h est continue en et donc sur R Par lecture graphique, on peut conjecturer que h est dérivable en tout réel différent de. Quel est le problème en?

On constate l'existence de deux demi-tangentes au point d'abscisse Soit A le point de C h d'abscisse. h()=, donc A a pour coordonnées (;) Soit M un point de C h distinct de A, donc M a une abscisse x, x, et une ordonnée égale à h(x). On s'intéresse à m (x ) l'expression, en fonction de x, du coefficient directeur de la droite (AM) er cas : x< h (x ) h() Pour tout x< h ( x )=2 x 2 donc m ( x)= x Pour tout x<,m ( x )= x, donc lim m ( x )= 2 x< 2eme cas : x> Pour tout x>, h ( x )= x 2 h (x ) h() 2x+2 donc m ( x)= x Pour tout x>,m ( x )= x, donc lim m (x )=0 x x> = 2 x 2 = x x2 ( x ) (+x ) = = (+ x ) x x = x 2 2 x+2 = x2 2 x+ = ( x )2 x x x =x m(x) représente graphiquement le coefficient directeur de la droite (AM) mais c'est aussi le taux d'accroissement de la fonction h entre et x, avec x Donc lim m ( x ) n'existe pas mais lim x x> m ( x )=0 et lim m ( x )= 2 x< La fonction h est dite dérivable à gauche et à droite en mais non dérivable en C h admet deux demi-tangentes au point d'abscisse Un problème de raccord { x si x 0 g ( x)= ax 2 +bx+c si 0<x<5 2x 7,5 si x 5 g est continue sur ] ; 0], sur ]0;5[ et sur [5 ;+ [, mais pour affirmer qu'elle est continue sur R, il faut que les trois morceaux de courbes se raccordent aux points d'abscisses 0 et 5. On sait que g (0)=0 Pour tout x ]0;5[, g ( x )=ax 2 +bx+c, donc lim g ( x )=c x>0 g est continue en 0 si et seulement si c=0 On sait que g (5)=2,5 Pour tout x ]0 ;5[, g ( x )=ax 2 +bx+c, donc lim g ( x )=a 5 2 +b 5+c=25 a+5b+c x 5 x<5 g est continue en 5 si et seulement si 25a+5b+c=2,5 En conclusion, g est continue sur R si et seulement si { c=0 25 a+5 b+c=2,5 g est dérivable sur ] ; 0[, sur ]0;5[ et sur ]5;+ [, mais pour affirmer qu'elle est dérivable sur R, il faut que g soit continue sur R et en plus dérivable en 0 et en 5, autrement dit :

lim x 5 lim g ( x ) g (5) g (x ) g (0) existe-t-elle? A-t-on lim x 5 x>5 existe-t-elle? A-t-on lim x>0 g ( x) g (5) g (x ) g (0) Pour la suite, on a besoin de nommer les trois fonctions auxiliaires : Posons u ( x)= x, v ( x)=ax 2 +bx+c et w ( x )=2x 7,5. Ces 3 fonctions sont dérivable sur R. Dérivabilité en 0 : Pour tout x 0, g ( x )=u ( x ), donc lim x<0 Pour tout x>0, g ( x )=v ( x ) donc lim x 0 x>0 g ( x) g (0) g ( x ) g (0) =u ' (0)= =v ' (0)=b = lim x 5 x<5 = lim x 0 x<0 g ( x ) g (5) g ( x ) g (0)?? La fonction g est dérivable en 0 si et seulement si b=. Dérivabilité en 5 : Pour tout x<5, g ( x)=v ( x ) donc lim x 5 x<5 Pour tout x 5, g ( x)=w (x ) g ( x) g (5) donc lim x 5 x>5 =v' (5)=0a+b g (x ) g (5) =2 La fonction g est dérivable en 5 si et seulement si 0a+b=2. {c=0 25 a+5b+c=2,5 En conclusion, g est continue et dérivable sur R si et seulement si b= 0 a+b=2 La deuxième équation du système n'est pas utile pour déterminer (a ;b; c) mais pour contrôler que que ce système admet bien un triplet solution On trouve c=0, b= et a=0, 3 puis on contrôle : 25 a+5 b+c=7, 5 5=2, 5 En conclusion, g est continue et dérivable sur R si pour tout x ]0;5[, g ( x)=0,3 x 2 x