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COURS & EXERCICES DE MATHÉMATIQUES

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Positions relatives - Bac ES/L Métropole 2015

Exercice 4 - 3 points

Commun à tous les candidats

On considère la fonction ff définie sur ]0 ; +[]0~;~ +\infty[ par

f(x)=3x3xln(x).f(x) = 3x - 3x\ln (x).

On note Cf\mathcal{C}_f sa courbe représentative dans un repère orthonormé et TT la tangente à Cf\mathcal{C}_f au point d'abscisse 11.

Quelle est la position relative de Cf\mathcal{C}_f par rapport à TT ?

Corrigé

Infos

Etudier les positions relatives de deux courbes, c'est trouver les points d'intersection des deux courbes et indiquer quelle courbe est au dessus de l'autre, en découpant, si nécessaire, l'ensemble d'étude en plusieurs sous-intervalles.

L'équation réduite de la tangente TT à la courbe Cf\mathcal{C}_f au point d'abscisse 11 est :

y=f(1)(x1)+f(1)y=f^{\prime}(1)(x - 1)+f(1)

Pour dériver 3xln(x)3x\ln(x) on utilise la formule (uv)=uv+uv(uv)^{\prime}=u^{\prime}v+uv^{\prime} :

f(x)=3(3ln(x)+3x×1x)=3ln(x)f^{\prime}(x)=3 - \left(3\ln(x)+3x \times \frac{1}{x}\right)= - 3\ln(x)

Par conséquent :

f(1)=3ln(1)=0f^{\prime}(1)= - 3\ln(1)=0

Par ailleurs :

f(1)=33ln(1)=3f(1)=3 - 3\ln(1)=3

L'équation de la droite TT est donc y=3y=3.

A ce stade, il peut être utile de représenter la fonction ff et la droite TT à la calculatrice.

fonction-logarithme-bac-esl-metropole-2015-1

On voit sur cette figure que la courbe Cf\mathcal{C}_f est située au dessous de la tangente TT.

Pour prouver ce résultat, on va étudier les variations de la fonction ff. On a déjà calculé f(x)f^{\prime}(x); étudions le signe de cette dérivée :

f(x)>03ln(x)>0f^{\prime}(x) > 0 \Leftrightarrow - 3\ln(x) > 0

f(x)>03ln(x)<0\phantom{f^{\prime}(x) > 0 }\Leftrightarrow 3\ln(x) < 0

f(x)>0ln(x)<0\phantom{f^{\prime}(x) > 0 }\Leftrightarrow \ln(x) < 0

f(x)>0x<e0\phantom{f^{\prime}(x) > 0 }\Leftrightarrow x < e^0 (car la fonction exponentielle est croissante)

f(x)>0x<1\phantom{f^{\prime}(x) > 0 }\Leftrightarrow x < 1

On démontre de même que f(x)<0x>1f^{\prime}(x) < 0 \Leftrightarrow x > 1

On obtient donc le tableau de variations suivant :

fonction-logarithme-bac-esl-metropole-2015-2

Ce tableau montre que la fonction ff admet un maximum égal à 33, donc sur l'intervalle ]0;+[]0;+\infty[ la courbe Cf\mathcal{C}_f est située au-dessous de la tangente TT.