On donne la fonction $f$ définie sur $\mathbb{R}$ par $f(x)=\dfrac{x^4}{4}+x^3-\dfrac{9}{2}x^2-10x$
  1. Calculer $f'(x)$ puis $f''(x)$

    Dérivées usuelles


    $f(x)=\dfrac{x^4}{4}+x^3-\dfrac{9}{2}x^2-10x$
    $f'(x)=\dfrac{4x^3}{4}+3x^2-\dfrac{9}{2}\times 2x-10=x^3+3x^2-9x-10$
    $f''(x)=(f'(x))'=3x^2+3\times 2x-9+0=3x^2+6x-9$
  2. En déduire la convexité de $f$ en précisant, s'il y en a, les coordonnées des points d'inflexion.

    Signe de la dérivée seconde


    Soit $f$ définie et dérivable sur un intervalle I de $\mathbb{R}$
    si $f''(x)>0$ sur $I$ alors $f$ est convexe
    si $f''(x)<0$ sur $I$ alors $f$ est concave

    point d'inflexion et dérivée seconde


    si $f"(x)$ s'annule et change de signe en $x=x_A$ alors la courbe admet un point d'inflexion au point $A$.
    On peut dresser le tableau de signe de $f"$ puis en déduire les variations de $f'$
    Pour étudier le signe de $f''(x)$, il faut cherchjer les racines du polynôme du second degré.
    $f''(x)=3x^2+6x-9$
    Recherche des racines de $3x^2+6x-9$
    $\Delta=b^2-4ac=36-4\times 3\times (-9)=144$
    $\Delta>0$ donc il y a deux racines:
    $x_1=\dfrac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a}=\dfrac{-6-12}{6}=-3$
    et
    $x_2=\dfrac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}=\dfrac{-6+12}{6}=1$


    La dérivée seconde s'annule et change de signe en $x=-3$ puis en $x=1$
    donc la courbe représentative de $f$ admet un point d'inflexion au point $B$ de coordonnées $(-3;f(-3))$ et au point $A$ de coordonnées $(1;f(1))$
    avec $f(-3)=\dfrac{(-3)^4}{4}+(-3)^3-\dfrac{9}{2}\times (-3)^2-10\times (-3)=\dfrac{-69}{4}=-17,25$
    et $f(1)=\dfrac{1^4}{4}+1^3-\dfrac{9}{2}\times 1^2-10\times 1=\dfrac{-53}{4}=-13,25$

    Penser à contrôler les racines obtenues avec le MENU EQUA puis POLY puis degré 2 et entrer les coefficients $a=3$, $b=6$ et $c=-9$.fat

    Avec $x=1$, on remarque que $3+6-9=0$ et le produit des racines $x_1x_2=\dfrac{c}{a}$
    soit ici $1\times x_2=\dfrac{-9}{3}=-3$
  3. Contrôler graphiquement le résultat obtenu en traçant la courbe représentative de $f$ sur la calculatrice ou bien avec GEOGEBRA.
    Dans la barre de saisie, entrer la fonction $f$.
    Dans la barre de saisie, en utilisant TANGENTE[abscisse, fonction] vérifier que les points A et B sont des points d'inflexion et la courbe est en-dessous de ses tangentes sur $]-3;1[$
    Saisir l'expression de $f$ dans la barre de saisie puis tracer la tangente en A par exemple en saisissant TANGENTE[$-3$,$f$].
    Courbe et tangentes respectivement aux points A et B:

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Cours nº 1146


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Convexité et dérivée seconde

- dérivée seconde
- convexité et signe de la dérivée seconde
- point d'inflexion

infos cours

| 15-20mn
série 7 : Convexité

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