تمارين - 2BACSEF

التانية باكالوريا العلوم التجريبية – خيار فرنسي


درس : Dérivabilité et étude de fonctions

Soit ff une fonction deux fois dérivable sur un intervalle II, et x0Ix_0\in I

  • si xI : f(x)0\forall x\in I \ : \ f''(x)\ge 0, alors (Cf)(C_f) est convexe sur II
  • si xI : f(x)0\forall x\in I \ : \ f''(x)\le 0, alors (Cf)(C_f) est concave sur II
  • si f(x0)=0f''(x_0) = 0, et ff'' change de signe au voisinage de x0x_0, alors A(x0;f(x0))A(x_0;f(x_0)) est un point d’inflexion de la courbe (Cf)(C_f)

Exercice 12

On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par :

f(x)=x44x3f(x) = x^4 - 4x^3
  1. Montrer que ff est deux fois dérivable sur R\mathbb{R}.
  2. Montrer que xR\forall x \in \mathbb{R}, f(x)=12x(x2)f''(x) = 12x(x - 2).
  3. En déduire la concavité de la courbe (Cf)(C_f) et déterminer les points d’inflexion de (Cf)(C_f), lorsqu’ils existent, en justifiant vos réponses.

Correction

  1. ff est deux fois dérivable sur R\R comme fonction polynôme
(x)R  :  f(x)=4x312x2(\forall x)\in\R~~:~~f'(x)=4x^3-12x^2
      :  f(x)=12x224x=12x(x2)\begin{align*} \implies ~~:~~f''(x)&=12x^2-24x \\ &=12x(x-2) \end{align*}
  1. Concavité de (Cf)(C_f) sur R\R

    on a :

    (x)R  :  f(x)=12x(x2)(\forall x)\in\R~~:~~f''(x)=12x(x-2)

    f(x)f''(x) prend le signe de x(x2)x(x-2) car 12>012>0

    et on a :

    x(x2)=0    x=0 ou x=2x(x-2)=0 \iff x=0 \text{ ou }x=2

    d’où

    x02+f(x)+00+\begin{array}{|c|ccccccccccc|} \hline x &-\infty & &&0& &2&& &+\infty \\ \hline f''(x) & &+ &&0&- &0&& + &\\ \hline \end{array}

    Résumé

    • La courbe (Cf)(C_f) est concave sur ];0]]-\infty;0] et [2;+\infty[$
    • La courbe (Cf)(C_f) est convexe sur [0;2][0;2]
    • Les points d’inflexion sont O(0;0)O(0;0) et A(2;16)A(2;-16) car ff'' s’annule en 0 et 1 et change de signe