Intégrales - Encadrements - Bac S - Amérique du Nord 2008

Exercice 4

7 points - Commun à tous les candidats

Partie A

Restitution organisée de connaissances
On supposera connus les résultats suivants :
Soient u et v deux fonctions continues sur un intervalle [a, b] avec a < b.

- Si u > 0 sur [a, b] alors int(a;b) u(x)`d`x >= 0.
- Pour tous réels alpha et beta, int(a;b) [alpha u(x) + beta v(x)] `d`x = alpha  int(a;b) u(x) `d`x + beta  int(a;b) v(x) `d`x.Démontrer que si f et g sont deux fonctions continues sur un intervalle [a, b] avec a < b et si, pour tout x de [a, b], f(x) <= g(x) alors int(a;b) f(x) `d`x <=  int(a;b) g(x) `d`x.

Partie B
On considère la fonction f définie sur [0, +oo[ par : f(x) = x + ln(1+e^(-x)). Sa courbe représentative C ainsi que la droite D d'équation y=x sont données ci-dessous dans un repère orthonormal d'unité graphique 2 cm.

Courbe C et droite D
1.Montrer que f est croissante et positive sur [0 , +oo[.
2.

a.Montrer que la courbe C admet pour asymptote la droite D.
b.Etudier la position de C par rapport à D.
3.Soit I l'intégrale définie par : I =  int(0;1) ln(1+e^(-x)) `d`x =  int(0;1) [f(x)-x] `d`x . On ne cherchera pas à calculer I.

a.Donner une intérprétation géométrique de I.
b.Montrer que pour tout réél t >= 0, on a ln(1+t) <= t.
(On pourra étudier les variations de la fonction g définie sur [0,+oo[ par g(t)=ln(1+t)-t)
On admettra que pour tout réel t >= 0, on a t/(t+1) <= ln(1+t).
c.En déduire que pour tout x de [0 , +oo[, on a : (e^(-x))/(e^(-x)+1) <= ln(1+e^(-x)) <= e^(-x).
d.Montrer que ln(2/(1+e^(-1))) <= I <= 1-e^(-1).
e.En déduire un encadrement de I d'amplitude 0,4 par deux nombres décimaux.
4.On désigne par M et N les points de même abscisse x appartenant respectivement à C et D.
On juge que M et N sont indiscernables sur le graphique lorsque la distance MN est inférieure à 0,5 mm.
Déterminer l'ensemble des valeurs de x pour lesquelles M et N sont indiscernables.
Dans cette question, toute trace de recherche, même incomplète, ou d'initiative, même non fructueuse, sera prise en compte dans l'évaluation.

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