Nombre de solutions d'une équation polynomiale
Soit la fonction f définie sur R par :
f(x)=x3−3x2+1
Déterminer les limites de f en −∞ et en +∞
Calculer f′(x) pour tout x∈R.
Dresser le tableau de variations de f
Combien l'équation f(x)=0 admet-elle de solutions ?
x→−∞limx3=−∞
x→−∞lim−3x2=−∞
Donc par somme x→−∞limx3−3x2+1=−∞
Lorsque x→+∞ on a une forme indéterminée du type «+∞−∞». On lève l'indétermination en mettant x3 en facteur :
x→+∞limx3−3x2+1=x→+∞limx3(1−x3+x31)
x→+∞limx3=+∞
x→+∞lim1−x3+x31=1 (par somme)
Donc par produit :
x→+∞limx3(1−x3+x31)=+∞
f′(x)=3x2−6x=3x(x−2)
f′ s'annule pour x=0 et x=2 et est strictement négative sur l'intervalle ]0;2[
On calcule : f(0)=1 et f(2)=−3.
On obtient le tableau de variation suivant :
f est une fonction polynôme donc continue sur R.
Sur ]−∞;0[, f est strictement croissante. 0 est compris entre x→−∞limf(x)=−∞ et f(0)=1. Donc, d'après le théorème des valeurs intermédiaires pour une fonction strictement monotone, l'équation f(x)=0 admet une unique solution sur ]−∞;0[.
Un raisonnement similaire montre que l'équation f(x)=0 admet également une unique solution sur ]0;2[ où f est strictement décroissante et une unique solution sur ]2;+∞[ où f est strictement croissante.
Au total, l'équation f(x)=0 admet trois solutions.
Courbe représentative de la fonction f