Fonctions et suites - Bac S Amérique du Nord 2011
Exercice 4
Partie A
On considère la fonction g définie sur [0;+∞[ par
g(x)=ex−x−1
Étudier les variations de la fonction g.
Déterminer le signe de g(x) suivant les valeurs de x.
En déduire que pour tout x de [0;+∞[ : ex−x>0.
Partie B
On considère la fonction f définie sur [0;1] par
f(x)=ex−xex−1
La courbe (C) représentative de la fonction f dans le plan muni d'un repère orthonormal est donnée ci-dessous.
Cette figure sera complétée et remise avec la copie à la fin de l'épreuve.
On admet que f est strictement croissante sur [0;1].
Montrer que pour tout x de [0;1], f(x)∈[0;1].
Soit (D) la droite d'équation y=x.
Montrer que pour tout x de [0;1], f(x)−x=ex−x(1−x)g(x).
Étudier la position relative de la droite (D) et de la courbe (C) sur [0;1].
Déterminer une primitive de f sur [0;1].
Calculer l'aire, en unités d'aire, du domaine du plan délimité par la courbe (C), la droite (CD) et les droites d'équations x=0 et x=1.
Partie C
On considère la suite (un) définie par :
u0=21
un+1=f(un), pour tout entier naturel n
Construire sur l'axe des abscisses les quatre premiers termes de la suite en laissant apparents les traits de construction.
Montrer que pour tout entier naturel n : 21⩽un⩽un+1⩽1.
En déduire que la suite (un) est convergente et déterminer sa limite.
Partie A
g est dérivable sur [0;+∞[ et :
g′(x)=ex−1.
Pour x⩾0, ex⩾1 donc g′(x)⩾0
La fonction g est croissante sur [0;+∞[.
g(0)=1−0−1=0.
Or, la fonction g est croissante sur [0;+∞[, donc pour tout x∈[0;+∞[ : g(x)⩾g(0)=0.
La fonction g est positive ou nulle sur [0;+∞[.
Sur [0;+∞[, g(x)⩾0 donc:
ex−x−1>0
ex−x>1.
Partie B
f(0)=11−1=0
f(1)=e−1e−1=1.
La fonction f est croissante sur [0;1] donc :
f(0)⩽f(x)⩽f(1)
c'est à dire :
0⩽f(x)⩽1.
f(x)−x=ex−xex−1−x=ex−xex−1−xex+x2=ex−xex(1−x)+x2−1=ex−xex(1−x)−(1−x2)=ex−xex(1−x)−(x+1)(1−x)=ex−x(1−x)(ex−x−1)=ex−x(1−x)g(x).
On étudie le signe de f(x)−x sur [0;1]. Sur cet intervalle :
g(x)⩾0 (d'après A-2)
ex−x⩾1>0 (d'après A-3)
1−x>0
Donc f(x)−x⩾0. La courbe (C) est au dessus de la droite (D).
f est du type uu′ où u est la fonction définie par u(x)=ex−x
Comme u(x)=ex−x⩾1>0, la fonction F définie par F(x)=ln(u(x))=ln(ex−x) est une primitive de f sur [0;1]
Sur [0;1], la courbe ((C)) est au dessus de la droite (D) d'après 2-b.
L'aire, du domaine délimité par la courbe ((C)), la droite (D) et les droites d'équations x=0 et x=1 est donc égale à :
∫01(f(x)−x)dx=[F(x)−2x2]01=F(1)−21−F(0)=ln(e1−1)−21−ln(e0−0)=ln(e−1)−21.(en unités d'aire)
Partie C
À terminer ...
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