Points d'intersection avec une tangente
Soit la fonction f définie sur R par :
f(x)=x3−x2−x
On note C sa courbe représentative dans un repère orthonormé.
Étudier les variations de la fonction f sur R.
Déterminer les coordonnées des points d'intersection de la courbe C avec l'axe des abscisses.
Donnez l'équation réduite de la tangente (Ta) à la courbe C au point d'abscisse a.
Développer (x−a)2(x+2a−1).
Déterminer, en fonction de a, le nombre et les abscisses des points d'intersection de la courbe C et de la tangente (Ta).
La fonction f est une fonction polynôme donc elle est dérivable sur R.
Sa dérivée est définie par :
f′(x)=3x2−2x−1
Étudions le signe de f′ :
Δ=(−2)2−4×3×(−1)=16>0
f′ admet donc 2 racines :
x1=2×32−√16=−62=−31
x2=2×32+√16=66=1
Le coefficient de x2 (a=3), est strictement positif. On en déduit le tableau de signes de f′ et le tableau de variations de f , compte tenu du fait que :
f(−31)=−271−91+31=275
f(1)=1−1−1=−1
Les abscisses des points d'intersection de la courbe C avec l'axe des abscisses sont les solutions de l'équation :
x3−x2−x=0
Cette équation équivaut à :
x(x2−x−1)=0
soit x=0 ou x2−x−1=0
Le discriminant de x2−x−1 est :
Δ=(−1)2−4×1×(−1)=5>0
L'équation x2−x−1 admet donc 2 solutions :
x=21+√5 ou x=21−√5.
En conclusion, la courbe C coupe l'axe des abscisses en trois points de coordonnées respectives :
(0;0),(21−√5;0),(21+√5;0).
L'équation de la tangente (Ta) au point d'abscisse a est donnée par la formule :
y=f′(a)(x−a)+f(a)
Ici, on obtient :
y=(3a2−2a−1)(x−a)+a3−a2−a
y=(3a2−2a−1)x−3a3+2a2+a+a3−a2−a
y=(3a2−2a−1)x−2a3+a2
(x−a)2(x+2a−1)=(x2−2ax+a2)(x+2a−1)
(x−a)2(x+2a−1)=x3+2ax2−x2−2ax2−4a2x+2ax+a2x+2a3−a2
(x−a)2(x+2a−1)=x3−x2−3a2x+2ax+2a3−a2.
Pour déterminer les abscisses des points d'intersection de C et de (Ta), on résout l'équation :
x3−x2−x=(3a2−2a−1)x−2a3+a2
x3−x2−x−(3a2−2a−1)x+2a3−a2=0
x3−x2−3a2x+2ax+2a3−a2=0
d'après la question précédente, cette équation équivaut à :
(x−a)2(x+2a−1)=0
par conséquent :
(x−a)2=0 ou x+2a−1=0
x=a ou x=−2a+1
On a donc, en général, deux points d'intersection d'abscisses respectives a et −2a+1.
Toutefois, ces points peuvent être confondus si a=−2a+1 c'est-à-dire si 3a=1 soit a=31 ; on a alors un seul point d'intersection qui est le point d'abscisse 31.