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COURS & EXERCICES DE MATHÉMATIQUES

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Points d'intersection avec une tangente

Soit la fonction f f définie sur R \mathbb{R} par :

f(x)=x3x2x f (x) =x^3 - x^2 - x

On note C \mathscr{C} sa courbe représentative dans un repère orthonormé.

  1. Étudier les variations de la fonction f f sur R. \mathbb{R} .

  2. Déterminer les coordonnées des points d'intersection de la courbe C \mathscr{C} avec l'axe des abscisses.

  3. Donnez l'équation réduite de la tangente (Ta) (T_a) à la courbe C \mathscr{C} au point d'abscisse a. a.

    1. Développer (xa)2(x+2a1). (x - a) ^2 (x+2a - 1) .

    2. Déterminer, en fonction de a a , le nombre et les abscisses des points d'intersection de la courbe C \mathscr{C} et de la tangente (Ta). (T_a).

Corrigé

  1. La fonction f f est une fonction polynôme donc elle est dérivable sur R. \mathbb{R} .

    Sa dérivée est définie par :
    f(x)=3x22x1 f^{\prime} (x) =3x^2 - 2x - 1

    Étudions le signe de f f^{\prime} :
    Δ=(2)24×3×(1)=16>0 \Delta = ( - 2) ^2 - 4 \times 3 \times ( - 1) = 16 > 0

    f f^{\prime} admet donc 2 racines :
    x1=2162×3=26=13 x_1= \frac{ 2 - \sqrt { 16 }}{ 2 \times 3 } = - \frac{ 2 }{ 6 } = - \frac{ 1 }{ 3 }
    x2=2+162×3=66=1 x_2= \frac{ 2 +\sqrt { 16 }}{ 2 \times 3 } = \frac{ 6 }{ 6 } = 1

    Le coefficient de x2 (a=3) x^2 ~ (a=3) , est strictement positif. On en déduit le tableau de signes de f f^{\prime} et le tableau de variations de ff , compte tenu du fait que :

    f(13)=12719+13=527 f \left( - \frac{ 1 }{ 3 } \right) = - \frac{ 1 }{ 27 } - \frac{ 1 }{ 9 } + \frac{ 1 }{ 3 } = \frac{ 5 }{ 27 }
    f(1)=111=1 f (1) =1 - 1 - 1= - 1

    tableau de variations de la fonction

  2. Les abscisses des points d'intersection de la courbe C\mathscr{C} avec l'axe des abscisses sont les solutions de l'équation :
    x3x2x=0 x^{ 3 } - x^2 - x=0

    Cette équation équivaut à :
    x(x2x1)=0 x \left( x^2 - x - 1 \right) =0

    soit x=0 x=0 ou x2x1=0 x^2 - x - 1=0

    Le discriminant de x2x1 x^2 - x - 1 est :
    Δ=(1)24×1×(1)=5>0 \Delta = ( - 1) ^2 - 4 \times 1 \times ( - 1) =5 >0

    L'équation x2x1 x^2 - x - 1 admet donc 2 solutions :
    x=1+52 x= \frac{ 1+ \sqrt { 5 } }{ 2 } ou x=152. x= \frac{ 1 - \sqrt { 5 } }{ 2 } .

    En conclusion, la courbe C\mathscr{C} coupe l'axe des abscisses en trois points de coordonnées respectives :
    (0;0),(152;0),(1+52;0) \left( 0 ; 0 \right) , \left( \frac{ 1 - \sqrt { 5 } }{ 2 } ; 0 \right) , \left( \frac{ 1 + \sqrt { 5 } }{ 2 } ; 0 \right) .

  3. L'équation de la tangente (Ta) \left( T_{ a } \right) au point d'abscisse aa est donnée par la formule :

    y=f(a)(xa)+f(a) y=f^{\prime} (a) (x - a) +f (a)

    Ici, on obtient :
    y=(3a22a1)(xa)+a3a2a y= (3a^2 - 2a - 1) (x - a) +a^{ 3 } - a^2 - a
    y=(3a22a1)x3a3+2a2+a+a3a2a y= (3a^2 - 2a - 1) x - 3a^{ 3} +2a^2 +a+a^{ 3 } - a^2 - a
    y=(3a22a1)x2a3+a2 y = (3a^2 - 2a - 1) x - 2a^{ 3 } +a^2  

    1. (xa)2(x+2a1)=(x22ax+a2)(x+2a1) (x - a) ^2 (x+2a - 1) = (x^2 - 2ax+a^2 ) (x+2a - 1)
      (xa)2(x+2a1)=x3+2ax2x2\phantom{ (x - a) ^2 (x+2a - 1) } = x^{ 3} +2ax^2 - x^2 2ax24a2x+2ax - 2ax^2 - 4a^2 x+2ax+a2x+2a3a2+a^2 x+2a^{ 3 } - a^2
      (xa)2(x+2a1)=x3x23a2x+2ax+2a3a2.\phantom{ (x - a) ^2 (x+2a - 1) } = x^{ 3} - x^2 - 3a^2 x+2ax+2a^{ 3 } - a^2 .

    2. Pour déterminer les abscisses des points d'intersection de C\mathscr{C} et de (Ta) \left( T_{ a } \right) , on résout l'équation :

      x3x2x=(3a22a1)x2a3+a2 x^{ 3} - x^2 - x= (3a^2 - 2a - 1) x - 2a^{ 3 } +a^2  
      x3x2x(3a22a1)x+2a3a2=0 x^{ 3} - x^2 - x - (3a^2 - 2a - 1) x+ 2a^{ 3 } - a^2=0  
      x3x23a2x+2ax+2a3a2=0 x^{ 3} - x^2 - 3a^2 x+2ax+2a^{ 3 } - a^2=0

      d'après la question précédente, cette équation équivaut à :
      (xa)2(x+2a1)=0 (x - a) ^2 (x+2a - 1) =0  

      par conséquent :
      (xa)2=0 (x - a) ^2 =0 ou x+2a1=0 x+2a - 1=0  
      x=a x=a ou x=2a+1 x= - 2a+1  

      On a donc, en général, deux points d'intersection d'abscisses respectives aa et 2a+1. - 2a+1.

      Toutefois, ces points peuvent être confondus si a=2a+1 a= - 2a+1 c'est-à-dire si 3a=1 3a=1 soit a=13 a= \frac{ 1 }{ 3 }  ; on a alors un seul point d'intersection qui est le point d'abscisse 13. \frac{ 1 }{ 3 } .