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Aire d'un rectangle associé à une fonction

Posté par
wanowan
11-11-16 à 14:41

Bonjour,
J'ai un DM et je bloque.... j'aimerai avoir un peu d'aide.
Voilà l'énoncé :
Soit M un point de C, et B et U les projetés respectifs de M sur l'axe des abscisses et l'axe des ordonnées. Alpha = -1
1) Soit A la fonction qui à tout x de R+, associe l'aire du rectangle BOUM.
    a)Déterminer A(x).
    b)Calculer A'(x) et montrer que A'(x) est du signe de ex -xex+1.
    c)En déduire que l'aire du rectangle BOUM est maximal lorsque M a pour abscisses alpha.
2)Démontrer que la tangente Talpha à la courbe Cdu point M d'abscisse alpha est parallèle à la droite (BU).

Merci de m'aider, je ne vois déjà pas pour la 1)a)...

Aire d\'un rectangle associé à une fonction

Posté par
Pirho
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 11-11-16 à 15:00

Bonjour,

quelle est l'expression de C?

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 11-11-16 à 15:01

Bonjour,

Il manque des éléments dans ton énoncé !!
C'est quoi la fonction f représentée par sa courbe C ??

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 11-11-16 à 17:46

J'avais oublié la première ligne...
Soit f la fonction définie sur R par f(x)=4/ex+1. On note C sa courbe représentative dans un repère orthonormé d'origine O.
Voilà l'énoncé est complet !

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 11-11-16 à 18:04

Je suppose que c'est bien f(x)=\frac{4}{e^x+1}...
Dans ce cas il faut mettre des parenthèses... f(x)=4/(ex+1) !

1) Commences par déterminer les coordonnées de B, U, pour ensuite calculer les longueurs OB et OU
Enfin l'aire A(x)=OU*OB

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 11-11-16 à 18:20

B à pour coordonnée : (0;1.5) et U : (0.75;0).
Donc (OB) mesure 1.5 et (OU) 0.75.
Alors A(x)=1.5*0.75=1.125.
C'est ça ? Il fallait trouver les coordonnées des points juste en lisant sur les axes ? il n'y avait pas de calcul ?
Merci !

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 11-11-16 à 21:43

Non !!

M est un point quelconque de C, donc ses coordonnées sont : (x ;\frac{4x}{e^x+1})
 \\ .

B est le projeté de M sur l'axe des abscisses, donc ses coordonnées sont : (x;0)
U est le projeté de M sur l'axe des ordonnées, donc ses coordonnées sont : (0;\frac{4}{e^x+1}).

On en déduit alors les longueurs OB et OU :

OB=x et OU=\frac{4}{e^x+1}

Tu en déduis ainsi l'aire A(x) du rectangle BOUM...

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 11-11-16 à 21:51

Je me disais bien que c'était un peu facile...
Donc l'aire de A(x) est 4x/(ex+1) ?
Merci

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 00:22

Oui.

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 08:59

Du coup si je dérive 4x/(ex+1) ça me donne :
(4(ex+1)-4x*ex)/(ex+1)2
=(4ex+4-4xex)/(ex+1)2
=(4ex(1-x)+4)/(ex+1)2
C'est ça ?
Merci

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 09:27

bonjour

factorise plutôt que par 4 pour obtenir la forme qu'on te donne dans l'énoncé

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 10:11

Donc (4(ex-xex+1)/(ex+1)2.
C'est du signe de ex-xex+1, car on le multiplie par 4 ce qui ne change pas le signe, et on le divise par (ex+1)2 qui est forcément positif du au carré, donc le signe de change pas.
C'est ça ou il fau faire des calculs pour le prouver ?
Merci

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 10:23

c'est bien ça, ça suffit, pas la peine de justifier davantage

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 10:39

En revanche pour la 1)c) je ne vois pas trop comment m'y prendre...comment M peut avoir comme coordonnées (-1;0) et former un rectangle avec les points B ; O ; U.
Je ne dois pas être sur la bonne piste.
Merci

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 10:42

M a pour coordonnés (-1;f(-1)) et non pas (-1;0) puisque M appartient à la courbe C

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 11:00

oui mais comment prouver que l'aire est maximale ?

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 12-11-16 à 15:54

Des idées ?

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 10:05

C'est pour demain donc si quelqu'un pouvait m'aider ?!

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 11:30

Bonjour,

J'ai quand même des doutes sur ton énoncé...
D'après le texte, on définit la fonction A pour tout x de R+.
Or ton Alpha=-1 n'appartient même pas au domaine de définition...

Donc je doute quand même un peu sur la valeur de l'énoncé de Alpha=-1...

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 11:35

En effet, en représentant la courbe de la fonction A', on voit qu'elle change de signe en une valeur Alpha1.3 (et non -1 !!)...

Donc ta valeur de Alpha donnée en énoncé est un peu douteuse...

Aire d\'un rectangle associé à une fonction

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 14:02

L'énoncé le plus complet que j'ai est :

Soit f la fonction définie sur R par f(x)=4/ex+1. On note C sa courbe représentative dans un repère orthonormé d'origine O.
Partie A
Soit g la fonction définie sur R par g(x)=ex-xex.
1)Etudier les variations de g sur R et dresser le tableau de variation de g.
2)a)montrer que l'équation g(x)=1 admet une unique solution alpha dans l'intervalle [0;2].
    b)donner un encadrement d'amplitude 10-2 de alpha.
    c)démontrer que ex = 1/(alpha -1)
3)a)démontrer que g(x)>0pour tout x<0
    b)déterminer le signe de g(x)+1.
Partie B
Soit M un point de C, et B et U les projetés respectifs de M sur l'axe des abscisses et l'axe des ordonnées.
1) Soit A la fonction qui à tout x de R+, associe l'aire du rectangle BOUM.
    a)Déterminer A(x).
    b)Calculer A'(x) et montrer que A'(x) est du signe de ex -xex+1.
    c)En déduire que l'aire du rectangle BOUM est maximal lorsque M a pour abscisses alpha.
2)Démontrer que la tangente Talphaà la courbe Cdu point M d'abscisse alpha est parallèle à la droite (BU).
Voilà l'énonce complet mais je n'ai que la partie B à faire. Et je viens de comprendre que alpha n'étais donc pas égale à -1...excusez moi !

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 14:04

Je rectifie !
f(x)=4/ex+1

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 17:03

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 20:33

Il manque encore quelque chose ?

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 21:14

qu'as-tu trouvé pour le tableau de signe de A'(x)

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 22:20

Croissant de -l'infini à 0 et décroissant de 0 à +l'infini avec un extremum de 1

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 22:25

bbjhakan @ 13-11-2016 à 21:14

qu'as-tu trouvé pour le tableau de signe de A'(x)


c'est la courbe que t'as représentée fenamat!

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 22:38

bbjhakan @ 13-11-2016 à 22:25

bbjhakan @ 13-11-2016 à 21:14

qu'as-tu trouvé pour le tableau de signe de A'(x)


c'est la courbe que t'a représentée fenamat!


rectif[

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 22:46

Donc l'aire de BOUM est maximale lorsque M a pour abscisse alpha car c'est à alpha que la courbe change de signe, avant alpha l'aire augmente et après elle diminue c'est ça ?

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 22:50

effectivement!

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 23:02

Je peux justifier comme ça où il y a mieux ?
Et pour la derniere je commence deja par calculer la droite qui passe par BU ? Ou je m'y prends comment ?!

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 13-11-16 à 23:04

tu fais le tableau de signe de A'
puis le tableau de varition de A ce qui te donne ce que tu as dit et ça suffit
oui et cmt tu détermines l'équation d'une droite tangente en un point donné?

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 10:10

Avec cette formule :                   f'(a)(x-a)+f(a) ??

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 10:24

y=f'(a)(x-a)+f(a)

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 10:42

J'ai juste un petit problème : pour le tableau de signe de A' je n'arrive pas à calculer la valeur qui annule... comment faire ?

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 10:59

Il faut que je fasse : (4(ex-xex+1)/(ex+1)2=0 ?

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 11:28

Tu as dû traiter cette question lors de la partie A question 3b !!
A moins de tout revoir cette partie...

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 11:34

C'est Bon j'ai résolue le problème !
Maintenant pour le 2 de la partie B je n'arrive pas à trouver l'équation avec la formule ....

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 11:43

Comme bbjhakan le dit :

y = f'(a)(x-a) + f(a).

Ici ce sera plutôt y = f'()(x-) + f().
Avec le alpha que tu es sensé avoir trouvé lors de la question 2b de la partie A...

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 11:46

Lors du 2)b j'ai trouvé que alpha était compris entre 1,27 et 1,28

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 11:49

Ok, donc tu n'as plus qu'à exprimer f'() et f(). Puis ensuite remplacer.

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 11:58

Citation :
2)a)montrer que l'équation g(x)=1 admet une unique solution alpha dans l'intervalle [0;2].
    b)donner un encadrement d'amplitude 10-2 de alpha.


Par contre j'ai quand même un gros doute sur ton énoncé...
Es-tu sûr que c'est l'équation g(x)=1 ??

Car par la suite la question 2b n'a aucun intérêt car la seule solution est 0... (voir le graphe joint)

Donc je pense plutôt que tu as mal écrit ton équation : ce ne serait pas plutôt g(x) = -1 par hasard ??

Aire d\'un rectangle associé à une fonction

Posté par
bbjhakan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 12:49

comme le dit  fenamat; je pense également que c'est g(x)=-1
puis tu remarquerais alors que A'(x) est du signe de g(x)+1.
la solution de A'(x)=0 est donc
g(x)+1=0
g(x)=-1 solution notée

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 14:08

Bon, après vérification, c'est bien l'équation g(x)=-1 !! Et non pas g(x)=1...
Comme quoi une simple erreur d'écriture peut entraîner un véritable casse-tête par la suite, surtout pour les correcteurs que nous sommes !!!

On va reprendre tout l'exercice pour être clair sur ce qui a été fait (surtout cette partie A)

Partie A :
1a) On a donc :
g'(x)=e^x-(e^x+xe^x)=-xe^x.

Puisque pour tout réel x, ex>0, g' est donc du signe de -x.
Alors on en déduit que g'(x)>0 sur ]-inf;0] et g'(x)<0 sur [0;+inf[.
Et par conséquent : g est croissante sur ]inf;0] et décroissante sur [0;+inf[.
De plus, pour compléter le tableau de variations de g, on a g(0)=e0=1.

2a) g est continue et strictement décroissante sur l'intervalle [0;2]. De plus, on a bien : -1 \in [g(2);g(0)], à savoir : -1 \in [-e²;1].
Ainsi, par le TVI, l'équation g(x) = -1 (et non pas g(x)=1 !) admet une unique solution dans l'intervalle [0;2].

2b) A l'aide de la calculatrice, on a : g(1.27) \approx -0.961 et g(1.28) \approx -1.007. Ainsi : 1.27 \leq \alpha \leq 1.28

2c) Encore une petite erreur d'énoncé !! C'est e=... et non pas ex=... !!
D'après la question 2b, on a donc :

g(\alpha)=-1
<=> e^{\alpha}-\alpha e^{\alpha}=-1
<=> e^{\alpha}(1-\alpha)=-1
<=> e^{\alpha}=\frac{-1}{1-\alpha}
<=> e^{\alpha}=\frac{1}{\alpha-1} (car 1- = -(-1) )

3a) Il suffit de simplement calculer la limite de g en -infini (car on a déjà démontré que g est croissante sur ]-inf;0] )
On a : \lim_{x \to -\infty}e^x=0 et \lim_{x \to -\infty}xe^x=0
Ainsi, par somme de limites : \lim_{x \to -\infty}g(x)=0
Par conséquent, pour tout x<0, g(x)>0.

3b) On sait que : g(\alpha)=-1. Donc : g(\alpha)+1=0
Ainsi : g(x)+1>0 sur ]-inf;] et g(x)+1<0 sur [;+inf[.

Partie B :
1a) On a donc : OB=x et OU=4/(ex+1). Ainsi :

A(x)=OB*OU=\frac{4x}{e^x+1}

1b) Tu as donc trouvé : A'(x)=\frac{4(e^x-xe^x+1)}{(e^x+1)²}=\frac{4(g(x)+1)}{(e^x+1)²}
Or pour tout réel x, (ex+1)²>0, donc A' est bien du signe de ex-xex+1 soit encore g(x)+1.

1c) D'après la question 3b de la partie A, ex-xex+1 > 0 sur ]-inf;] et ex-xex+1 < 0 sur [;+inf[.
Par conséquent, A est croissante sur ]-inf;] et décroissante sur [;+inf[. Et ainsi A est maximal pour x=.

2) On a d'une part :
B(x;0) et U(0;\frac{4}{e^x+1}).
Donc tu peux en déduire un vecteur directeur de la droite (BU)

D'autre part :
La tangente T à la courbe C du point M d'abscisse alpha a pour équation : y=f'(\alpha)(x-\alpha)+f(\alpha)
Il reste à calculer f'().

On a : f'(x)=\frac{-4e^x}{(e^x+1)²}
Ainsi :
f'(\alpha)=\frac{-4e^{\alpha}}{(e^{\alpha}+1)²}

Or d'après la question 2c de la partie A : e^{\alpha}=\frac{1}{\alpha-1}.
A réinjecter pour trouver la valeur de f'() et ainsi trouver le coefficient directeur de ta tangente.

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 18:51

Merci beaucoup pour cette correction ! et désolé pour les erreurs qui se sont glissées !...
lorsque j'applique la formule y=f'(x)(x-)+f(a).
Je me retrouve avec des calcules très étrange et j'arrive à un résultat pas très habituel....
y=e(-4x-4)+4(ex+1)
Je crois que c'est lorsque je multiplie f'(x)par (x-) que je me trompe mais impossible de voir ou...

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 19:35

Il faut utiliser la question 2c de la partie A comme je l'ai dit plus haut !
Tu as donc :

f'(\alpha)=\frac{-4*\frac{1}{\alpha-1}}{(\frac{1}{\alpha-1}+1)²}
=\frac{-\frac{4}{\alpha-1}}{(\frac{1+\alpha-1}{\alpha-1})²}
=\frac{-\frac{4}{\alpha-1}}{(\frac{\alpha}{\alpha-1})²}

Et ainsi : f'(\alpha)=-\frac{4(\alpha-1)}{\alpha²}.

Or ici on te demande simplement de démontrer que la tangente est parallèle à la droite (BU). Donc ici seul le coefficient directeur de l'équation de la tangente va nous intéresser !! A savoir justement la valeur de f'() qui est -\frac{4(\alpha-1)}{\alpha²}

Il ne te reste alors plus qu'à déterminer le coefficient directeur de la droite (BU)...

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 20:18

Quand je fais m= (yU-yB)/(xU-xB)  je remplace : 4/(ex+1)-0)/0-x
(4/(ex+1))/x/1=(4/cex+1))*1/x=4/xex-x c'est ça ?

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 20:18

Pour déterminer le coefficient de la droite (BU), on connaît déjà les coordonnées de B et U. On a :

B(\alpha;0) et U(0;f(\alpha)).

Avec : f(\alpha)=\frac{4}{e^{\alpha}+1}=\frac{4}{\frac{1}{\alpha-1}+1}=\frac{4}{\frac{\alpha}{\alpha-1}}=\frac{4(\alpha-1)}{\alpha}.

Ainsi U(0;\frac{4(\alpha-1)}{\alpha}).

Par conséquent, on en déduit alors assez facilement le coefficient directeur de la droite (BU) avec la formule :

\frac{y_U-y_B}{x_U-x_B}=\frac{\frac{4(\alpha-1)}{\alpha}-0}{0-\alpha}=-\frac{4(\alpha-1)}{\alpha²}.

En conclusion, la droite (BU) et l'équation de la tangente T ont même coefficient directeur -\frac{4(\alpha-1)}{\alpha²}.
Et on a bien démontré que la tangente T à la courbe C du point M d'abscisse est parallèle à la droite (BU).

Posté par
fenamat84
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 20:20

PS : Tu sais à présent que l'aire est maximal au point M de coordonnées ( ; f() !!
De ce fait, tu en déduis aisément que les coordonnées de B sont ( ; 0) et U (0 ; f()

Posté par
wanowan
re : Aire d'un rectangle associé à une fonction 14-11-16 à 20:31

Merci beaucoup pour votre patience et votre aide fenamat84 et bbjhakan !

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