Exercice niveau 1ère type évaluation fin d’année sur les fonctions sur la page Facebook

Dans la figure ci-dessous, on a tracé C_f, la courbe représentative d’une fonction f définie et
dérivable sur \mathbf{R} ainsi que les tangentes à C_f aux points A d’abscisse 0 et B d’abscisse 1.

  1. Compléter le tableau de valeurs ci-dessous à l’aide de la courbe ci-dessus.
x01
f(x)  
f'(x)  

On admet que la fonction 𝑓 est définie sur \mathbf{R} par :
f(x)=x^3-x+1.
2. a. Calculer f'(x).

b. Résoudre dans \mathbf{R} l’équation :f'(x) \geq 0.

3. Dresser le tableau de variations de la fonction f sur \mathbf{R} .

4. Le point C(1;5) appartient-il à la tangente à la courbe représentative de 𝑓 au point
d’abscisse -1 ?

Pour déterminer graphiquement l’image de 0, je place 0 sur l’axe des abscisses puis je trace la parallèle à l’axe des ordonnées jusqu’à la courbe. Je lis l’image de 0, c’est 1.

f(0)=1.

Donc f'(x) est négatif sur [0;3] et f'(x) est positif sur [2;+\infty[.

Voici le tableau de variations de f sur [0;+\infty[.

Pour déterminer graphiquement l’image de 1, je place 1 sur l’axe des abscisses puis je trace la parallèle à l’axe des ordonnées jusqu’à la courbe. A partir du point de la courbe trouvé, je trace la parallèle à l’axe des abscisses jusqu’à l’axe des ordonnées. J’y lis l’image de 1, c’est 1.

f(1)=1.

Donc f'(x) est négatif sur [0;3] et f'(x) est positif sur [2;+\infty[.

Voici le tableau de variations de f sur [0;+\infty[.

Pour déterminer graphiquement le coefficient directeur de la tangente en A le point de la courbe d’abscisse 0, je pars de A, j’avance horizontalement d’une graduation vers la droite puis je descends d’une graduation verticalement pour arriver sur la droite.

Le coefficient directeur de la tangente en A est -1.

Donc f'(0)=-1.

 

 

Pour déterminer graphiquement le coefficient directeur de la tangente en B le point de la courbe d’abscisse 1, je pars de B, j’avance horizontalement d’une graduation vers la droite puis je monte de deux graduations verticalement pour arriver sur la droite.

Le coefficient directeur de la tangente en B est 2.

Donc f'(1)=2.

 

 

f(x)= x^3-x+1 pour x\in \mathbf{R}

On veut calculer f'(x).

On répond à la question suivante : f(x) est-elle une somme, le produit d’un réel par une fonction, le produit de deux fonctions, l’inverse d’une fonction ou le quotient de deux fonctions ?

C’est la somme de trois termes :

x^3 , -x et 1.

La dérivée d’une somme est la somme des dérivées d’après le tableau n°1 ci-dessous

f(x) est 

f'(x) se calcule ainsi :

une somme u+v

u’+v’

le produit d’une constante k par une fonction u c’est-à-dire ku

k\times u’

un produit de deux fonctions u\times v

u’\times v+u\times v’

l’inverse d’une fonction \frac{1}{u}

-\frac{u’}{u^2}

un quotient \frac{u}{v}

\frac{u’\times v-u\times v’}{v^2}

Il faut donc calculer les dérivées des trois termes x^3 , -x et 1 en utilisant le deuxième tableau et le cas échéant le premier tableau.

Je calcule la dérivée de x^3 

C’est une fonction de référence, j‘utilise la ligne cube du deuxième tableau.

(x^3)’=3x^2

Je calcule la dérivée de -x .

C’est le produit de la constante -1 par la fonction identité x. J’utilise la deuxième ligne du premier tableau.

(-x)’=-1\times (x)’

C’est une fonction de référence, j‘utilise la ligne identité du deuxième tableau.

\hspace{0.9cm}=-1\times 1

\hspace{0.9cm}=-1

Je calcule la dérivée de 1 .

C’est une fonction de référence , j’utilise la ligne constante du tableau ci-dessous.

(1)’=0

Fonction

f(x)

Dérivable sur…

f'(x)

constante

f(x)=k\mathbf{R}f'(x)=0

identité

f(x)=x\mathbf{R}f'(x)=1

carré

f(x)=x^2\mathbf{R}f'(x)=2x

cube

f(x)=x^3\mathbf{R}f'(x)=3x^2

inverse 

f(x)=\frac{1}{x}\left]-\infty;0\right[\cup\left]0;+\infty\right[f'(x)=-\frac{1}{x^2}

racine carrée

f(x)=\sqrt{x}]0;+\infty[f'(x)=\frac{1}{2\sqrt{x}}

Voilà ce qu’il faut écrire sur votre copie (dans cette correction, il y a toutes les étapes de calculs pour que chacun de mes abonnés puisse la comprendre)

f'(x)= (x^3-x+1)’\\f'(x)= (x^3)’-(x)’+(1)’\\f'(x)= 3x^2-1+0\\f'(x)= 3x^2-1

 

On veut résoudre f'(x)\geq 0.

C’est-à-dire 3x^2-1\geq 0.

On clique sur le + de  la troisième ligne du tableau ci-dessous : la quantité est de la forme ax^2+bx+c.

  1. de nombres positifs alors la quantité est positive.
  2. de nombres négatifs alors la quantité est négative.
  3. de nombres de signes contraires ou indéterminés alors on ne peut pas conclure

On peut factoriser et étudier le signe d’un produit

On peut résoudre la quantité >0 

On utilise le tableau suivant :

On utilise le résultat du cours suivant :

si \Delta>0

si \Delta=0

si \Delta<0

La quantité est toujours positive.

Exemples : les quantités x^2 , (2x+5)^4 sont toujours positives

La quantité est du signe de ce qui est élevé à la puissance.

Exemple : la quantité x^3 est du signe de x, la quantité (2x-1)^5 est du signe de 2x-1.

On fait un tableau de signes comme en seconde : on étudie le signe de chaque facteur et on applique la règle des signes.

On fait un tableau de signes comme en seconde : on étudie le signe du numérateur, le signe du dénominateur et on applique la règle des signes.

On calcule la dérivée, on étudie son signe et on fait le tableau de variations. Ensuite, sur la dernière ligne du tableau de variations, on lit le signe de la quantité.  

J’identifie les coefficients du polynôme. a=3, b=0 et c=-1.

Je calcule \Delta=b²-4ac  en remplaçant a,b,c  par 3, 0 ,(-1)  .

\Delta=0²-4\times{3}\times{(-1)}\\\Delta=0+12\\\Delta=12

Comme \Delta>0 , l’équation admet deux solutions réelles notées

x_1=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a} et x_2=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}.

ax²+bx+c est  du signe de a à l’extérieur des racines et du signe de (-a) à l’intérieur des racines.

Je calcule x_1=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a} en remplaçant a,b,\Delta  par 3, 0, 12.

x_1=\frac{-0-\sqrt{12}}{2\times{3}}\\x_1=\frac{-2\sqrt{3}}{6}\\x_1=-\frac{\sqrt{3}}{3}

Je calcule x_2=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a} en remplaçant a,b,\Delta  par 3, 0  , 12.

x_2=\frac{-0+\sqrt{12}}{2\times{3}}\\x_2=\frac{2\sqrt{3}}{6}\\x_2=\frac{\sqrt{3}}{3}

Je dresse le tableau de signes du polynôme:

Comme a=3 le signe de a est positif.

On a résolu  f'(x)\geq 0.

C’est-à-dire qu’on a trouvé pour quelles valeurs de x  , f'(x) est de signe plus ou nul.

C’est pour la première et la troisième colonnes.

S=]-\infty; -\frac{\sqrt{3}}{3}]\cup[\frac{\sqrt{3}}{3};+\infty[

On utilise la question précédente pour remplir la ligne du signe de f'(x).

On calcule f(-\frac{\sqrt{3}}{3}) et f(\frac{\sqrt{3}}{3}) pour compléter la troisième ligne.

f(-\frac{\sqrt{3}}{3})=\frac{-\sqrt{3}+3\sqrt{3}+9}{9}

\hspace{1.3cm}=(-\frac{\sqrt{3}}{3})^3-(-\frac{\sqrt{3}}{3})+1

\hspace{1.3cm}=-\frac{\sqrt{3}^3}{3^3}+\frac{\sqrt{3}}{3}+1

\hspace{1.3cm}=-\frac{3\sqrt{3}}{3^3}+\frac{\sqrt{3}}{3}+1

\hspace{1.3cm}=-\frac{\sqrt{3}}{3^2}+\frac{\sqrt{3}}{3}+1

\hspace{1.3cm}=-\frac{\sqrt{3}}{9}+\frac{\sqrt{3}}{3}+1

On met au même dénominateur.

\hspace{1.3cm}=-\frac{\sqrt{3}}{9}+\frac{\sqrt{3}}{3}\times\frac{3}{3}+1\times\frac{9}{9}

\hspace{1.3cm}=-\frac{\sqrt{3}}{9}+\frac{3\sqrt{3}}{9}+\frac{9}{9}

\hspace{1.3cm}=\frac{-\sqrt{3}+3\sqrt{3}+9}{9}

\hspace{1.3cm}=\frac{2\sqrt{3}+9}{9}

Après calculs, on obtient :

f(\frac{\sqrt{3}}{3})=\frac{-2\sqrt{3}+9}{9}

On peut aussi utiliser la TI-83 Premium CE

On dresse le tableau de variations :

 

 

On détermine l’équation réduite de la tangente à la courbe de f définie par f(x)=x^3-x+1 au point d’abscisse -1.

Je calcule f(-1) en remplaçant tous les x par -1 dans f(x)=x^3-x+1

f(-1)=(-1)^3-(-1)+1

f(-1)=-1+1+1

f(-1)=1

Je calcule f'(-1) en remplaçant tous les x par -1 dans f'(x)=3x^2-1

f'(-1)=3\times(-1)^2-1

f'(-1)=3\times1-1

f'(-1)=3-1

f'(-1)=2

Je remplace a,f(a),f'(a) par (-1),1,2 dans y=f'(a)(x-a)+f(a)

y=2(x-(-1))+1

y=2(x+1)+1

y=2x+2\times1+1

y=2x+2+1

y=2x+3

L’équation de la tangente est y=2x+3.

Pour dire si le point C(1;5) est sur la tangente, on remplace x par 1 et on remplace y par 5 dans l’équation y=2x+3.

Si l’égalité est vérifiée, le point C(1;5) est sur la tangente. Sinon, non.

Comme 5 est égal à 2\times1+3, le point C(1;5) est sur la tangente d’équation y=2x+3.

 

 

Réponse:

\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{HG}.

Résoudre graphiquement f(x)=1

C’est une autre façon de demander de déterminer graphiquement les antécédents de 1.

Je place 1 sur l’axe des ordonnées, je trace alors la parallèle à l’axe des abscisses passant par 1 toute entière. Je repère les points d’intersection avec la courbe. Les abscisses de ces points sont les antécédents de 1.

Les antécédents sont -2 et 2.

Donc S=\{-2;2\}

Remarque : comme on demande de résoudre une équation, il faut écrire ainsi l’ensemble des solutions.