Soit la fonction $f$ définie sur $\mathbb{R}$ par $f(x)=(x-3)e^x$
  1. Etudier les variations de la fonction $f$.

    Dérivées usuelles


    Formules de dérivation (produit, quotient...)


    On doit dériver le produit de $u$ et $v$ avec $u(x)=x-3$ et $v(x)=e^x$
    puis étudier le signe de $f'(x)$
    On pose $u(x)=x-3 $ et $v(x)= e^x $
    $u$ et $v$ sont dérivables sur $\mathbb{R}$ donc $f=u\times v$ est dérivable sur $\mathbb{R}$
    et on a $u'(x)= 1 $ et $v'(x)= e^x $
    $f'(x)=u'(x)v(x)+u(x)v'(x)$
    $\phantom{f'(x)}=1e^x+( x-3)e^x$
    $\phantom{f'(x)}=e^x+xe^x-3e^x$
    $\phantom{f'(x)}=xe^x-2e^x$ (on a $e^x-3e^x=e^x(1-3)=-2e^x$)
    $\phantom{f'(x)}=e^x(x-2)$ (il faut factoriser pour étudier le signe de $f'(x)$)
    $e^x>0$ donc $f'(x)$ est du signe de $x-2$
    $x-2>0 \Longleftrightarrow x>2$
    On a donc le tableau de variation suivant:

    avec $f(2)=(2-3)e^2=-e^2$
  2. Etudier la convexité de $f$

    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
    Il faut étudier le signe de $f''(x)$
    On pose alors $u_1(x)=e^x$ et $v_1(x)=x-2$
    On pose $u_1(x)= e^x $ et $v_1(x)= x-2 $
    et on a $u_1'(x)= e^x $ et $v_1'(x)= 1 $
    $f''(x)=u_1'(x)v_1(x)+u_1(x)v_1'(x)$
    $\phantom{f''(x)}=e^x( x-2)+e^x\times 1$
    $\phantom{f''(x)}=xe^x-2e^x+e^x$
    $\phantom{f''(x)}=xe^x-e^x$
    $\phantom{f''(x)}=e^x(x-1)$
    $e^x>0$ donc $f''(x)$ est du signe de $x-1$
    $x-1>0 \Longleftrightarrow x>1$
    On a donc:
  3. On donne c-dessous la représentation graphique de la fonction $f$.
    Déterminer l'équation réduite de la tangente $T$ à la courbe au point d'abscisse 1 et la tracer dans le repère ci-dessous.

    Équation de la tangente au point d'abscisse $a$


    $f$ est une fonction définie et dérivable en $x=a$.
    La tangente à $C_f$ en $a$ a pour coefficient directeur $f'(a)$
    et pour équation réduite $ y=f'(a)(x-a)+f(a)$}
    Il faut calculer $f(1)$ et $f'(1)$
    $f(1)=(1-3)e^1=-2e$ (point de contact entre $T$ et la courbe $A(1;-2e)$)
    et $f'(1)=e^1\times (1-2)=-e$ (coefficient directeur de la tangente)
    donc l'équation réduite de $T$ est de la forme $y=-ex+b$
    $y_A=-ex_A+b \Longleftrightarrow -2e=-e\times 1+b \Longleftrightarrow b=-e$


    Avec la formule directe, on a:
    $y=f'(1)(x-1)+f(1)$
    $\phantom{y}=-e(x-1)-2e$
    $\phantom{y}=-ex+e-2e$
    $\phantom{y}=-ex-e$
    On a $e\approx 2,7$ donc $T$ coupe l'axe des ordonnées en $-e\approx -2,7$ et passe par $A(1;-2e)$ soit $y_A\approx -5,4$
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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

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série 7 : Exercices de synthèse

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