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COURS & EXERCICES DE MATHÉMATIQUES

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Etude de fonction et équations - Bac S Amérique du Nord 2008

Exercice 3

(6 points) Commun à tous les candidats Soit f f la fonction définie sur l'intervalle ]1;+[\left]1; +\infty \right[ par f(x)=lnx1lnxf\left(x\right)=\ln x - \frac{1}{\ln x}.

On nomme (C)\left(C\right) la courbe représentative de ff et Γ\Gamma la courbe d'équation y=lnxy=\ln x dans un repère orthogonal (O;i,j)\left(O; \vec{i}, \vec{j}\right).

  1. Etudier les variations de la fonction ff et préciser les limites en 11 et en ++\infty .

    1. Déterminer limx+[f(x)lnx]\lim\limits_{x \rightarrow +\infty }\left[f\left(x\right) - \ln x\right]. Interpréter graphiquement cette limite.

    2. Préciser les positions relatives de (C)\left(C\right) et de Γ\Gamma .

  2. On se propose de chercher les tangentes à la courbes (C)\left(C\right) passant par le point OO.

    1. Soit aa un réel appartenant à l'intervalle ]1;+[\left]1; +\infty \right[.

      Démontrer que la tangente TaT_{a} à (C)\left(C\right) au point d'abscisse a passe par l'origine du repère si et seulement si f(a)af(a)=0f\left(a\right) - a f^{\prime}\left(a\right)=0.

      Soit gg la fonction définie sur l'intervalle ]1;+[\left]1; +\infty \right[ par g(x)=f(x)xf(x)g\left(x\right)=f\left(x\right) - x f^{\prime} \left(x\right).

    2. Montrer que sur ]1;+[\left]1; +\infty \right[, les équations g(x)=0g\left(x\right)=0 et (lnx)3(lnx)2lnx1=0\left(\ln x\right)^{3} - \left(\ln x\right)^{2} - \ln x - 1=0 ont les mêmes solutions.

    3. Après avoir étudié les variations de la fonction uu définie sur R\mathbb{R} par u(t)=t3t2t1u\left(t\right)=t^{3} - t^{2} - t - 1, montrer que la fonction uu s'annule une fois et une seule sur R\mathbb{R}.

    4. En déduire l'existence d'une tangente unique à la courbe (C)\left(C\right) passant par le point OO.

      La courbe (C)\left(C\right) et la courbe Γ\Gamma sont données en annexe ci-dessous.

      Représentations graphiques obtenues à l'aide d'un tableur : Bac S Amérique du Nord 2008

      Tracer cette tangente le plus précisément possible sur cette figure.

  3. On considère un réel mm et l'équation f(x)=mxf\left(x\right)=mx d'inconnue xx.

    Par lecture graphique et sans justification, donner, suivant les valeurs du réel mm, le nombre de solutions de cette équation appartenant à l'intervalle ]1;10]\left]1 ; 10\right].

Corrigé

Solution rédigée par Paki

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