Dérivabilité et étude de fonctions — Résumé de cours
1ère Année Collège — Atlasmaths.ma
Cours complet
Contenu du cours
I. Dérivabilité
Définition
f est dérivable en a si x→alimx−af(x)−f(a) existe et est finie. Cette limite est f′(a).
Dérivées des fonctions usuelles
f(x)
f′(x)
xn
nxn−1
x1
−x21
x
2x1
ex
ex
ln(x)
x1
sin(x)
cos(x)
cos(x)
−sin(x)
tan(x)
1+tan2(x)=cos2(x)1
Règles de dérivation
(f+g)′=f′+g′
(k⋅f)′=k⋅f′
(f⋅g)′=f′g+fg′
(f/g)′=g2f′g−fg′
(f∘g)′=g′⋅(f′∘g) ou (f(g(x)))′=g′(x)⋅f′(g(x))
II. Tangente
L'équation de la tangente à Cf au point d'abscisse a est :
y=f′(a)(x−a)+f(a)
III. Théorème de Rolle et des accroissements finis
Théorème de Rolle
Si f est continue sur [a,b], dérivable sur ]a,b[ et f(a)=f(b), alors ∃c∈]a,b[ tel que f′(c)=0.
Théorème des accroissements finis (TAF)
Si f est continue sur [a,b] et dérivable sur ]a,b[, alors ∃c∈]a,b[ tel que :
f(b)−f(a)=f′(c)⋅(b−a)
IV. Méthode d'étude d'une fonction
Domaine de définition
Limites aux bornes
Dérivée et tableau de variation
Points particuliers (intersection avec les axes)
Asymptotes (horizontales, verticales, obliques)
Courbe représentative
📈 Figure clé
Tangente horizontale au maximum local de f(x)=x3−3x
🔑 Formules clés à retenir
(eu)′=u′⋅eu
(lnu)′=uu′
(un)′=n⋅u′⋅un−1
(u)′=2uu′
Tangente : y=f′(a)(x−a)+f(a)
TAF : f(b)−f(a)=f′(c)(b−a)
⚠️
Astuces & Pièges à éviter
Les erreurs classiques — à lire avant les exercices !
🔴 Pièges classiques
❌
Dérivée de ln(u) : oublier la condition u > 0 :(lnu)′=uu′ est définie seulement quand u>0. Toujours vérifier que u ne s'annule pas et reste positif sur l'intervalle d'étude.
❌
TAF mal énoncé : le Théorème des Accroissements Finis dit qu'il existe un c∈]a,b[ — on ne sait pas lequel. On ne peut pas choisir c=2a+b sauf si f est spéciale.
❌
Dérivée de (eu)′=u′⋅eu : bien appliquer la règle de la composée — multiplier par la dérivée de u. Ne pas oublier u′ !
🟢 Astuces de pros
✅
Utiliser le TAF pour des inégalités :∣f(b)−f(a)∣≤M⋅∣b−a∣ où M=max∣f′∣ sur [a,b]. Très utile pour prouver qu'une suite est de Cauchy ou borner une erreur d'approximation.
✅
Plan d'étude complet en 2BAC : Domaine → Parité/période → Limites + asymptotes → f′(x) et variations → points d'inflexion (f′′) → tracé. Ne pas sauter l'étude de la courbure !
💡
Convexité par f'' :f′′>0 → convexe (courbe au-dessus de ses tangentes), f′′<0 → concave (au-dessous). Le point d'inflexion est où f′′ change de signe — important pour le tracé précis.
🧭
Méthodes types
Pour chaque type de question : la démarche à suivre, étape par étape.
Méthodes types — Dérivabilité et étude de fonctions
Type 1 : Étudier la dérivabilité en un point
Quand ? On demande « f est-elle dérivable en a ? », souvent à la jonction d'une fonction définie par morceaux ou en présence d'une racine / valeur absolue.
Vérifier d'abord que f est continue en a (condition nécessaire).
Calculer le taux d'accroissement x−af(x)−f(a) et sa limite x→alimx−af(x)−f(a).
Si cette limite existe et est finie, f est dérivable en a et f′(a) vaut cette limite.
Pour une fonction par morceaux : comparer le nombre dérivé à gauche fg′(a) et à droite fd′(a) ; dérivable ⇔ ils sont égaux et finis.
Exemple éclair :f(x)=∣x∣ : fd′(0)=1 et fg′(0)=−1, donc f n'est pas dérivable en 0.
Type 2 : Interpréter géométriquement (tangente, demi-tangentes, point anguleux)
Quand ? On demande l'équation de la tangente, ou d'interpréter le résultat d'une étude de dérivabilité.
Tangente en a : si f est dérivable en a, l'équation est y=f′(a)(x−a)+f(a).
Tangente verticale : si x→alimx−af(x)−f(a)=±∞, la courbe admet une tangente verticale en a.
Demi-tangentes : si fg′(a)=fd′(a) (finis), il y a deux demi-tangentes et un point anguleux.
Position courbe / tangente : étudier le signe de f(x)−(f′(a)(x−a)+f(a)).
Exemple éclair :f(x)=x2 en a=1 : f′(1)=2, tangente y=2(x−1)+1=2x−1.
Type 3 : Calculer une fonction dérivée
Quand ? On demande f′(x) pour étudier les variations, avant tableau de variations.
Déterminer le domaine de dérivabilité de f.
Appliquer les formules : (u+v)′=u′+v′, (uv)′=u′v+uv′, (vu)′=v2u′v−uv′.
Pour une composée : (g(u))′=u′⋅g′(u) ; par exemple (u)′=2uu′, (un)′=nu′un−1.
Réduire au même dénominateur et factoriser pour préparer l'étude du signe.
Exemple éclair :f(x)=x2+1x : f′(x)=(x2+1)2(x2+1)−x⋅2x=(x2+1)21−x2.
Type 4 : Étudier les variations et dresser le tableau de variations
Quand ? On demande le sens de variation de f, ses extremums, ou de dresser le tableau de variations.
Déterminer le domaine de définition et calculer f′(x).
Étudier le signe de f′(x) (résoudre f′(x)=0 et déterminer le signe sur chaque intervalle).
En déduire : f′>0⇒f croissante ; f′<0⇒f décroissante.
Repérer les extremums là où f′ s'annule en changeant de signe, calculer les limites aux bornes, puis dresser le tableau.
Exemple éclair :f(x)=x3−3x, f′(x)=3x2−3=3(x−1)(x+1) : maximum local en x=−1, minimum local en x=1.
Type 5 : Étudier la concavité et les points d'inflexion
Quand ? On demande la concavité de (Cf), ses points d'inflexion, ou d'étudier f′′.
Calculer la dérivée seconde f′′(x).
Étudier le signe de f′′(x) : f′′>0⇒ courbe convexe ; f′′<0⇒ courbe concave.
Un point d'inflexion est un point où f′′ s'annule en changeant de signe.
Donner les coordonnées du point d'inflexion (x0;f(x0)) et éventuellement l'équation de la tangente en ce point.
Exemple éclair :f(x)=x3 : f′′(x)=6x s'annule en changeant de signe en 0, donc O(0;0) est un point d'inflexion.
Type 6 : Étude complète d'une fonction et tracé de la courbe
Quand ? Question longue de problème : « étudier f et tracer (Cf) ».
Domaine de définition, parité / périodicité éventuelle pour réduire l'intervalle d'étude.
Limites aux bornes du domaine et asymptotes (verticale, horizontale, oblique).
Dérivée f′, signe, tableau de variations complet.
Points particuliers (intersections avec les axes, tangentes remarquables, point d'inflexion), puis tracer (Cf) avec ses asymptotes.
Exemple éclair : Pour f(x)=xx2+1 : domaine R∗, asymptote verticale x=0, asymptote oblique y=x, puis variations via f′(x)=x2x2−1.
Type 7 : Appliquer le théorème de la bijection (fonction réciproque)
Quand ? On demande de montrer que f réalise une bijection, d'étudier f−1 ou de calculer (f−1)′.
Montrer que f est continue et strictement monotone sur un intervalle I.
Conclure que f réalise une bijection de I sur J=f(I) (déterminer J par les limites/variations).
f−1 a le même sens de variation que f ; sa courbe est symétrique de (Cf) par rapport à la droite y=x.
Dérivée : (f−1)′(y)=f′(f−1(y))1, valable si f′(f−1(y))=0.
Exemple éclair :f(x)=x2 sur [0;+∞[ est une bijection sur [0;+∞[, de réciproque f−1(y)=y.
Type 8 : Problème d'optimisation (maximum / minimum)
Quand ? Énoncé concret : maximiser une aire / un volume, minimiser une longueur / un coût.
Choisir une variable x pertinente, préciser son intervalle de variation (contraintes du problème).
Exprimer la quantité à optimiser comme une fonction f(x) d'une seule variable.
Dériver f, étudier le signe de f′(x) et dresser le tableau de variations.
Identifier l'extremum (maximum ou minimum) et conclure en revenant au contexte du problème (avec les unités).
Exemple éclair : Rectangle de périmètre 20 : aire f(x)=x(10−x), f′(x)=10−2x=0⇒x=5, aire maximale pour un carré de côté 5.
Dérivabilité et étude de fonctions — Fiche d'exercices
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Exercices Faciles
38 exercices
1
Calcul de dérivées
Facile
Corrigé
Énoncé
Calculer la dérivée de chacune des fonctions suivantes :
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
52
Application du théorème des accroissements finis
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Soit la fonction f définie par f(x)=ln(x) sur l'intervalle [1,e]. Appliquez le théorème des accroissements finis pour trouver un c∈]1,e[ tel que f′(c)=e−1f(e)−f(1).
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
59
Application du théorème de Rolle
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Soit la fonction f définie par f(x)=x2−4x+4 sur l'intervalle [0,4]. Vérifiez si les conditions du théorème de Rolle sont satisfaites et déterminez c tel que f′(c)=0.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
63
Application du théorème des accroissements finis et inégalités — Bac Côte d'Ivoire 2023
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 4 — Théorème des accroissements finis et inégalités
On considère la fonction f définie sur [0;+∞[ par :
f(x)=ln(1+x)
Vérifier que f est continue sur [0;1] et dérivable sur ]0;1[. Calculer f′(x).
En appliquant le théorème des accroissements finis à f sur [0;x] pour x>0, montrer qu'il existe c∈]0;x[ tel que ln(1+x)=1+cx.
En déduire que pour tout x>0 : 1+xx<ln(1+x)<x.
En utilisant l'inégalité précédente, encadrer ln(1,5) et donner un encadrement d'amplitude inférieure à 0,1. (On rappelle que ln désigne le logarithme naturel.)
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
66
Étude complète d'une fonction avec exponentielle — Bac Cameroun 2023
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 2 — Étude d'une fonction mêlant polynôme et exponentielle
On considère la fonction f définie sur R par :
f(x)=(x−1)ex+2
On note Cf sa courbe représentative dans un repère orthonormal (O,iˉ,jˉ).
Partie A — Limites et asymptotes
Calculer x→+∞limf(x) et x→−∞limf(x). Préciser l'existence d'éventuelles asymptotes horizontales.
Montrer que la droite d'équation y=2 est une asymptote à Cf en −∞.
Partie B — Dérivée et tableau de variations
Calculer f′(x) pour tout x∈R.
Étudier le signe de f′(x) et dresser le tableau de variations complet de f (avec les limites aux bornes).
En déduire que l'équation f(x)=0 admet une unique solution α dans R. Montrer que α∈]−3;−2[.
Partie C — Tangente et application du TAF
Écrire l'équation de la tangente à Cf au point d'abscisse x=1.
En appliquant le théorème des accroissements finis à f sur [0;1], montrer qu'il existe c∈]0;1[ tel que f′(c)=2−e. Vérifier la cohérence avec la valeur trouvée pour f′.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
67
Étude complète d'une fonction avec exponentielle — Bac Cameroun 2023
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 4 — Étude complète d'une fonction à base exponentielle
On considère la fonction f définie sur R par : f(x)=(x−1)ex+1.
On note Cf sa courbe représentative dans un repère orthonormal.
Partie A — Limites et asymptotes a. Calculer x→+∞limf(x) et x→−∞limf(x). b. Montrer que la droite d'équation y=1 est une asymptote à Cf en −∞. Étudier la position de Cf par rapport à cette asymptote.
Partie B — Dérivation et variations a. Calculer f′(x) et montrer que f′(x)=xex. b. Étudier le signe de f′(x) et dresser le tableau de variations complet de f.
Partie C — Tangente et point particulier a. Déterminer l'équation de la tangente (T) à Cf au point d'abscisse 0. b. Montrer que (T) est tangente à Cf en ce point et préciser si Cf traverse ou non (T) en ce point.
Partie D — Équation Montrer que l'équation f(x)=0 admet une unique solution α sur R, et donner un encadrement de α à l'unité près.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
68
Application du théorème des accroissements finis et inégalités — Bac France 2024
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 4 — Théorème des accroissements finis et inégalités
On considère la fonction f définie sur [0;+∞[ par : f(x)=ln(1+x).
Vérifier que f est continue sur [0;1] et dérivable sur ]0;1[. Calculer f′(x).
Appliquer le théorème des accroissements finis à f sur [0;1]. Que peut-on conclure sur l'existence d'un réel c ?
En utilisant le fait que f′ est strictement décroissante sur ]0;1[, montrer que pour tout x>0 : 1+xx≤ln(1+x)≤x.
Déduire de la question précédente les limites suivantes : (a) x→0limxln(1+x) (b) n→+∞limn⋅ln(1+n1)
Un ingénieur à Casablanca modélise un taux de croissance par g(n)=n⋅ln(1+n1) pour n≥1 entier. Montrer que g est strictement croissante et majorée par 1. Que peut-on dire de la suite (g(n))n≥1 ?
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
69
Étude complète d'une fonction avec exponentielle et inégalité
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Soit la fonction f définie sur R par :
f(x)=(x−1)ex+1
Calculer la limite de f en −∞ et en +∞. (On rappelle que x→−∞limx⋅ex=0.)
Montrer que f′(x)=x⋅ex, puis dresser le tableau de variations complet de f.
Montrer que l'équation f(x)=0 admet exactement une solution α dans R, et vérifier que α∈]−1;0[.
Calculer f′′(x). En déduire les intervalles de convexité et de concavité de Cf, et déterminer le(s) point(s) d'inflexion.
Écrire l'équation de la tangente à Cf au point d'inflexion.
Application : En utilisant le théorème des accroissements finis appliqué à f sur [0;1], montrer que : 2e≤f(1)−f(0)≤e, puis vérifier cette inégalité numériquement.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
71
Convexité, inflexion et inégalité via TAF
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
On considère la fonction f définie sur ]0;+∞[ par :
f(x)=xln(x)−x+1
Calculer f′(x) puis f′′(x). En déduire la convexité de f sur ]0;+∞[.
Montrer que f admet un minimum en x=1 et calculer f(1). En déduire que pour tout x>0 : xln(x)≥x−1.
À l'aide du théorème des accroissements finis appliqué à la fonction ln sur l'intervalle [1;2], montrer qu'il existe c∈]1;2[ tel que ln(2)=c1, puis en déduire l'encadrement : 21<ln(2)<1.
Déterminer l'équation de la tangente à la courbe Cf au point d'abscisse 1, et montrer que cette tangente est en dessous de Cf (interpréter géométriquement la convexité).
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
72
Étude complète d'une fonction avec exponentielle — Bac France 2024
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
On considère la fonction f définie sur R par :
f(x)=(x2−2x+2)ex
Calculer f′(x) et f′′(x). Factoriser ces expressions.
Étudier les variations de f et dresser son tableau de variations complet (on admettra que x→−∞limxnex=0 pour tout entier n).
Étudier la convexité de f et déterminer ses éventuels points d'inflexion.
Montrer que l'équation f(x)=0 n'a pas de solution dans R.
Déterminer l'équation de la tangente à Cf au point d'abscisse x=0, et préciser si cette tangente est au-dessus ou en dessous de Cf au voisinage de 0.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
74
Application du théorème des accroissements finis et inégalités — Bac Sénégal 2023
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 3 — Théorème des accroissements finis et inégalités
On considère la fonction h définie sur [0;+∞[ par :
h(x)=ln(1+x)
Montrer que h est continue sur [0;1] et dérivable sur ]0;1[.
Appliquer le théorème des accroissements finis (TAF) à h sur [0;1] : montrer qu'il existe c∈]0;1[ tel que h(1)−h(0)=h′(c)⋅(1−0), puis en déduire que 21<ln(2)<1.
Plus généralement, en appliquant le TAF à h sur [0;x] pour x>0, montrer que pour tout x>0 :
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
75
Théorème des accroissements finis et inégalité logarithmique
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 3 — Accroissements finis et encadrement
On considère la fonction f définie sur ]0;+∞[ par :
f(x)=ln(x)
Vérifier que f est continue sur [1;2] et dérivable sur ]1;2[.
Appliquer le théorème des accroissements finis à f sur [1;2] : montrer qu'il existe c∈]1;2[ tel que f(2)−f(1)=f′(c)⋅(2−1), et en déduire qu'il existe c∈]1;2[ tel que ln(2)=c1.
En déduire l'encadrement : 21<ln(2)<1.
Plus généralement, pour tout réel x>0, appliquer le TAF à f sur l'intervalle [1;1+x] (avec x>0) pour montrer que : 1+xx<ln(1+x)<x.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
76
Étude complète d'une fonction rationnelle avec asymptotes — Bac Sénégal 2023
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 4 — Étude complète d'une fonction rationnelle
On considère la fonction f définie par :
f(x)=x−1x2−x+2
et on note Cf sa courbe représentative dans un repère orthonormé.
Déterminer le domaine de définition Df de f.
Effectuer la division euclidienne de x2−x+2 par x−1 et en déduire une écriture de f(x) sous la forme f(x)=ax+b+x−1k où a,b,k sont des réels à déterminer. En déduire une asymptote oblique à Cf.
Calculer f′(x) (en utilisant la forme développée ou la règle du quotient). Étudier son signe et dresser le tableau de variations de f.
Déterminer les points où la tangente à Cf est parallèle à la droite d'équation y=3x−1.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
89
Théorème de Cauchy via Rolle
Difficile
Corrigé
Énoncé
Soient f et g deux fonctions dérivables sur [0;+∞[ telles que f(0)=g(0)=0. Soit x∈]0;+∞[ avec g(x)=0 et g′ ne s'annulant pas. Montrer qu'il existe c∈]0;x[ tel que :
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
92
Étude de $3\sqrt[3]{x+1}-x$, fonction réciproque et dérivée
Difficile
Corrigé
Énoncé
Soit f la fonction définie sur I=[0;+∞[ par f(x)=33x+1−x.
Calculer x→+∞limf(x) puis étudier le sens de variation de f.
Montrer que l'équation f(x)=x admet une unique solution α dans ]2;3[.
a) Montrer que f admet une fonction réciproque f−1 définie sur un intervalle J à déterminer. b) Montrer que f−1 est dérivable en α et que (f−1)′(α)=9−4α24α2.
Montrer que l'équation f(x)=0 admet une unique solution β dans ]5;6[.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
97
Problème d'optimisation
Difficile
Corrigé
Énoncé
Une entreprise à Casablanca fabrique des chaises et des tables. Le coût de production C en dirhams est donné par C(x)=2x2−20x+120, où x est le nombre de chaises produites. Déterminez le nombre de chaises qui minimise le coût de production.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
98
Application du théorème des accroissements finis
Difficile
Corrigé
Énoncé
Soit la fonction h définie par h(x)=ln(x)+2x sur l'intervalle [1,e]. Montrez que la fonction h respecte le théorème des accroissements finis et déterminez le point c tel que h(e)−h(1)=h′(c)×(e−1).
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
101
Étude complète d'une fonction logarithmique — situation économique
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 5 — Étude complète et optimisation (contexte économique)
Une entreprise de Casablanca modélise son bénéfice journalier (en milliers de dirhams) en fonction de la quantité produite x (en tonnes, x>0) par la fonction :
f(x)=2x−3ln(x)−4x2
définie sur ]0;+∞[.
Calculer les limites de f en 0+ et en +∞. Interpréter économiquement.
Montrer que f est dérivable sur ]0;+∞[ et calculer f′(x). Montrer que f′(x)=−4xx2−8x+12 et factoriser le numérateur.
Dresser le tableau de variations complet de f. Déterminer la quantité produite qui maximise le bénéfice et calculer ce bénéfice maximal. (On donnera la valeur exacte.)
Montrer que l'équation f(x)=0 admet exactement deux solutions sur ]0;+∞[, notées x1 et x2 avec x1<x2. Montrer que x1∈]0;1[ et x2∈]6;7[.
En déduire l'ensemble des valeurs de x pour lesquelles l'entreprise est bénéficiaire (f(x)>0).
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
102
Étude complète d'une fonction logarithmique, TAF et inégalités
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 3 — Fonction logarithmique, théorème des accroissements finis et inégalités
On considère la fonction f définie sur ]0;+∞[ par :
f(x)=x−1−ln(x)
On note Cf sa courbe représentative dans un repère orthonormal (O,,).
Partie A — Étude de f
Calculer x→0+limf(x) et x→+∞limf(x). Préciser le comportement de Cf au voisinage de 0 et en +∞.
Calculer f′(x) pour tout x>0. Étudier son signe et dresser le tableau de variations complet de f.
En déduire que f(x)≥0 pour tout x>0, avec égalité si et seulement si x=1. Conclure que : ln(x)≤x−1 pour tout x>0.
Montrer que la droite T d'équation y=x−1 est tangente à Cf au point d'abscisse x=1. Quelle est la position de Cf par rapport à T ?
Partie B — Application du théorème des accroissements finis
Appliquer le théorème des accroissements finis à la fonction g(x)=ln(x) sur l'intervalle [1;n] où n est un entier naturel avec n≥2. En déduire l'existence de cn∈]1;n[ tel que : ln(n)=cnn−1
En utilisant l'encadrement 1<cn<n, montrer que : nn−1<ln(n)<n−1 pour tout entier n≥2.
En déduire un encadrement de ln(10), puis vérifier sa cohérence avec la valeur approchée ln(10)≈2,303.
Partie C — Prolongement : étude d'une suite
On pose, pour tout entier n≥1 : un=n⋅ln(1+n1). En utilisant l'inégalité établie en question 3 avec x=1+n1, montrer que : un<1 pour tout n≥1.
Montrer que un>n+1n pour tout n≥1, puis en déduire que la suite (un) converge et déterminer sa limite.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
103
Théorème de Rolle et étude d'une fonction logarithmique
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 5 — Théorème de Rolle, fonction logarithmique et inégalités
On considère la fonction f définie sur ]0,+∞[ par : f(x)=ln(x)−x+1.
Partie A — Étude de f a. Calculer f′(x) et étudier son signe sur ]0,+∞[. b. Dresser le tableau de variations de f et en déduire que f(x)≤0 pour tout x>0, avec égalité si et seulement si x=1. c. En déduire l'inégalité fondamentale : ln(x)≤x−1 pour tout x>0.
Partie B — Application à une seconde fonction On définit g sur ]0,+∞[ par : g(x)=x−1−ln(x). a. Exprimer g en fonction de f et en déduire le signe de g(x). b. Montrer que pour tous réels a>0 et b>0, on a : (a−b)ln(a/b)≥0. (On pourra poser t=a/b.)
Partie C — Théorème de Rolle On pose h(x)=f(x)+(x−1)=ln(x)+x(1−1) ... attention, on définit plutôt : h(x)=x⋅ln(x)−x+1 sur [1/e,e]. a. Vérifier les hypothèses du théorème de Rolle pour h sur [1/e,e]. b. Conclure sur l'existence d'un point c∈]1/e,e[ tel que h′(c)=0, et déterminer explicitement la valeur de c.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
104
Étude complète d'une fonction — situation industrielle à Casablanca
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 6 — Optimisation et étude complète de fonction
Une entreprise industrielle basée à Casablanca modélise son coût de production journalier (en milliers de dirhams) par la fonction :
C(x) = x3 - 6x2 + 9x + 2, où x ∈ [0, 5] représente la quantité produite (en tonnes).
Le prix de vente est modélisé par la fonction recette : R(x) = 5x (en milliers de dirhams).
On définit la fonction bénéfice : B(x) = R(x) - C(x).
Partie A — Étude du coût a. Calculer C'(x) et étudier les variations de C sur [0, 5]. b. Déterminer la quantité x₀ pour laquelle le coût est minimal sur [0, 5] et calculer ce coût minimal.
Partie B — Étude du bénéfice a. Exprimer B(x) et calculer B'(x). b. Étudier le signe de B'(x) sur [0, 5] et dresser le tableau de variations de B. c. Déterminer la quantité produite qui maximise le bénéfice. Quel est ce bénéfice maximal ?
Partie C — Seuil de rentabilité a. Montrer que l'équation B(x) = 0 peut s'écrire x3 - 6x2 + 4x + 2 = 0. b. Vérifier que x = 2 n'est pas solution, puis montrer par le théorème des valeurs intermédiaires que B s'annule sur ]0, 1[ et sur ]4, 5[. c. En appliquant le théorème de Rolle à B sur [1, 4], montrer qu'il existe un réel c ∈ ]1, 4[ tel que B'(c) = 0, et déterminer c. Conclure sur le signe de B sur [1, 4].
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Correction détaillée
106
Théorème de Rolle, TAF et inégalités logarithmiques
Difficile
Corrigé
Énoncé
On considère la fonction g définie sur [0;1] par :
g(x)=ln(1+x)−x+2x2
Calculer g′(x) et g′′(x). Étudier le signe de g′′(x) sur [0;1].
En déduire les variations de g′ sur [0;1], puis montrer que g′(x)≤0 pour tout x∈[0;1].
En déduire les variations de g sur [0;1], puis montrer que pour tout x∈[0;1] :
x−2x2≤ln(1+x)≤x
Appliquer le théorème des accroissements finis à h(x)=ln(1+x) sur [0;t] pour t>0 afin de retrouver l'encadrement : 1+tt≤ln(1+t)≤t.
En utilisant l'encadrement de la question 3 avec x=n1 (n∈N, n≥1), montrer que la suite (un) définie par un=n×ln(1+n1) vérifie : 1−2n1≤un≤1, et en déduire n→+∞limun.
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Correction détaillée
107
Étude complète d'une fonction logarithmique — optimisation
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 5 — Fonction logarithmique et optimisation
On considère la fonction f définie sur ]0;+∞[ par : f(x)=x2−2x⋅ln(x).
On note Cf sa courbe représentative dans un repère orthonormal.
Étudier les limites de f en 0+ et en +∞. (On admettra que x→0+limx⋅ln(x)=0.)
Calculer f′(x) et f′′(x). Étudier les variations de f et sa convexité.
Montrer que f admet un minimum global et donner sa valeur exacte.
Montrer que l'équation f(x)=1 admet exactement deux solutions x1 et x2 avec 0<x1<1<x2. Justifier soigneusement.
On pose g(x)=xf(x)=x−2⋅ln(x) pour x>0. (a) Montrer que g est convexe sur ]0;+∞[. (b) Appliquer le théorème de Rolle à une fonction bien choisie pour montrer qu'il existe c∈]x1;x2[ tel que g′(c)=0, et identifier c.
Problème d'optimisation : Une entreprise de Marrakech modélise son profit (en milliers de dirhams) par P(x)=−f(x)+3, où x∈]0;+∞[ représente la quantité produite (en tonnes). Déterminer la quantité x∗ qui maximise le profit et calculer le profit maximal.
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Correction détaillée
108
Étude complète d'une fonction avec logarithme — Théorème de Rolle
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 5 — Fonction logarithmique, variations et théorème de Rolle
On considère la fonction f définie sur ]0;+∞[ par :
f(x)=x2−4x+4ln(x)+3
et on note Cf sa courbe représentative.
Calculer f′(x). Étudier son signe en distinguant les cas selon x∈]0;1[ et x∈]1;+∞[. Dresser le tableau de variations complet de f (penser à calculer les limites en 0+ et en +∞).
Montrer que l'équation f(x)=0 admet exactement deux solutions x1 et x2 avec 0<x1<1<x2. (On admettra que f(1/e)<0 et on vérifiera un encadrement convenable.)
Appliquer le théorème de Rolle à la fonction f′ sur [x1;x2] pour montrer qu'il existe c∈]x1;x2[ tel que f′′(c)=0. Calculer f′′(x) et déterminer la valeur exacte de c.
Écrire l'équation de la tangente à Cf au point d'abscisse x=1.
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Correction détaillée
109
Étude d'une fonction avec exponentielle — optimisation et tangente
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 6 — Fonction exponentielle, point d'inflexion et optimisation
On considère la fonction f définie sur R par :
f(x)=(x2−2x+2)⋅e−x
et on note Cf sa courbe représentative.
Limites et asymptote
Calculer x→−∞limf(x) et x→+∞limf(x). En déduire une asymptote éventuelle à Cf.
Dérivée et variations
Calculer f′(x) et le simplifier sous la forme f′(x)=A(x)⋅e−x où A(x) est un polynôme à déterminer.
Étudier le signe de f′(x) et dresser le tableau de variations complet de f.
Dérivée seconde et point d'inflexion
Calculer f′′(x) sous la forme f′′(x)=B(x)⋅e−x où B(x) est un polynôme à déterminer.
Montrer que Cf admet un point d'inflexion I dont on précisera les coordonnées. (On rappelle qu'un point d'inflexion est un point où f′′ s'annule en changeant de signe.)
Tangente au point d'inflexion
Écrire l'équation de la tangente à Cf au point d'inflexion I.
Situation-problème
Un ingénieur à Casablanca modélise la consommation électrique journalière (en MWh) d'un quartier par la fonction f ci-dessus, où x représente le nombre d'heures après minuit, restreint à l'intervalle [0;3].
Déterminer à quel moment de la journée (valeur de x dans [0;3]) la consommation est minimale, et donner cette valeur minimale (arrondie à 10−2 près, sachant que e≈2,718).
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Correction détaillée
111
Étude d'une fonction avec paramètre réel et optimisation
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 6 — Famille de fonctions paramétrées et optimisation
Pour tout réel m, on considère la fonction fm définie sur R par :
fm(x)=x3−3mx2+3m2x−1
Calculer fm′(x). Montrer que fm′(x)=3(x−m)2.
Cas m = 0 : Étudier les variations de f0 et montrer que f0 est strictement croissante sur R malgré l'annulation de sa dérivée en x=0.
Cas général : Montrer que pour tout réel m, fm est strictement croissante sur R. Conclure que pour tout m∈R, l'équation fm(x)=0 admet exactement une solution réelle αm.
On pose g(m)=fm(1)= valeur de fm en x=1. Calculer g(m), puis trouver la valeur de m qui minimise ∣g(m)∣. (On cherche le paramètre m pour lequel la courbe Cfm passe le plus près de (1;0).)