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Dérivation et convexité

Posté par
Aldebarran
12-12-20 à 15:01

Bonjour,
Je n'arrive pas à voir où je me suis trompé dans mon exercice pour lundi. Je vous écris l'énoncé ci-dessous.
f est définie sur l'intervalle [0;60] par f(t) = t²e^(-0.1t).
1. Démontrer que f′(t) = 0,1t(20−t)e^(−0,1t).
2. Étudier les variations de la fonction f sur [0; 60].
3. a. Justifier par le calcul que, sur l'intervalle [0; 15], la courbe représentative de la fonction f admet un unique point d'inflexion. Préciser une valeur arrondie à l'unité de l'abscisse de ce point d'inflexion.    
   b. Donner une interprétation concrète de cette abscisse.
C'est à la question 3.a. que j'ai un souci. Mais je vous écrit quand même ce que j'ai fait pour les questions précédentes.

Pour la 1. je dérive f(t) :
f=u*v avec u(t) = t² u'(t) = 2t
v(t) = e^(-0.1t) v'(t) = -0.1e^(-0.1t)
f'=u'v+uv'
f'(t) = 2te^(-0.1t) + t²(-0.1e^(-0.1t))
= (2t + (t²*(-0.1))e^(-0.1t)
= (2t - 0.1t²)e^(-0.1t)
= 0.1t(20 - t)e^(-0.1t)

2. f'(t) = 0,1t(20−t)e^(−0,1t)
On étudie le signe de f' : e^(-0.1t) > 0 pour tout t appartient à ℝ
0.1t(20-t) >= 0 ⇔ 0.1 t >= 0 et 20-t >= 0 ⇔ 0.1 t >= 0 et t <= 20
Je fais le tableau de signes, et je trouve que f est croissante sur l'intervalle [0;20] et décroissante sur l'intervalle [20;60].

3.a. C'est ici que je rencontre un problème. Pour répondre à la question, je pense qu'il faut calculer f''(x), étudier son signe et remarquer qu'elle s'annule en changeant de signe.
f'(t) = 0,1t(20−t)e^(−0,1t) = (2t - 0.1t²)e^(−0,1t) J'ai développé pour faciliter la dérivation.
f' = u*v avec u(t) = 2t - 0.1t² u'(t) = 2 - 0.2t
v(t) = e^(-0.1t) v'(t) = -0.1e^(-0.1t)
f''(t) = (2 - 0.2t)e^(-0.1t) -0.1e^(-0.1t)(2t - 0.1t²)
= e^(-0.1t)(2 - 0.2t -0.1(2t - 0.1t²))  factorisation par e^(-0.1t)
= e^(-0.1t)(2 - 0.2t -0.2t + 0.1t²)
= e^(-0.1t)(2 - 0.4t + 0.01t²)
Je me suis trompé dans la factorisation ou dans la dérivée de f' car sur geogebra les courbes tracés ne sont pas identiques.
On étudie le signe de f' :
e^(-0.1t) > 0 pour tout t appartient à ℝ
2 - 0.4t + 0.01t² est un polynôme du second degré
Δ = 0.01² -4*(-0.4)*2 = 3.2001
Δ>0 donc il y a deux racine, et le polynôme est du signe de a (a = 0.01) sauf entre les racines.
x(1) = (0.4 + √3.2001)/0.02 = ~109.4
x(2) = (0.4 - √3.2001)/0.02 = ~69.4
Et donc sur l'intervalle [0;15], je ne trouve pas de point ou f'' s'annule en changeant de signe.

Pour le 3.b., je ne vois pas quoi répondre.

Merci de m'apporter de l'aide. J'espère avoir tout recopié sans erreur.

Posté par
Glapion Moderateur
re : Dérivation et convexité 12-12-20 à 15:23

Bonjour, ta dérivée seconde est juste mais pas les valeurs qui l'annulent.
(ton delta est faux tu as fait a²-4bc au lieu de b²-4ac, remets 2 - 0.4t + 0.01t² dans l'ordre des puissances décroissantes, c'est ça qui t'a fait tromper).

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 12-12-20 à 15:30

Bonjour


= e^(-0.1t)(2 - 0.2t -0.1(2t - 0.1t²))  factorisation par e^(-0.1t)
= e^(-0.1t)(2 - 0.2t -0.2t + 0.1t²) une erreur ici manque un 0 récupéré après
= e^(-0.1t)(2 - 0.4t + 0.01t²)

ensuite \Delta faux

Posté par
Aldebarran
re : Dérivation et convexité 12-12-20 à 16:55

Merci,
J'ai corrigé delta. Je trouve que x(1) = ~ 6.4 et x(2) = ~ 0.58
Mais du coup je trouve deux endroits où f'' s'annule en changeant de signe sur [0;15] alors que d'après l'énoncé, je devrais en trouver qu'un. J'ai encore fait une étourderie quelque part.

Pour le 0 manquant dans la factorisation de f'', c'est simplement une maladresse de ma part, il est sur ma copie mais je ne l'ai pas tapé dans le message.

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 12-12-20 à 17:30

Je n'en doute pas une seconde  c'est bien pourquoi j'ai mis qu'il avait été réécrit ensuite.

Comment trouvez-vous ces valeurs ?

\Delta = (-0,4)^2-4\times 0,01\times 2=0,16-0,08=0,08

x_1=\dfrac{0,4-\sqrt{0,08}}{0,02}\quad x_2=\dfrac{0,4+\sqrt{0,08}}{0,02}

x_1=\dfrac{0,4-0,2\sqrt{2}}{0,02}=20-10\sqrt{2}\approx 5,85

x_2=\dfrac{0,4+0,2\sqrt{2}}{0,02}=20+10\sqrt{2}\approx 34,14

Dérivation et convexité

Posté par
Aldebarran
re : Dérivation et convexité 12-12-20 à 22:05

Je viens de me rendre compte que j'ai fait une erreur de calcul. Je trouve également x(1) = ~5.85 que j'arrondis à 6 et x(2) = ~34.14.
f'' s'annule en changeant de signe en 6. La courbe admet donc un unique point d'inflexion d'abscisse 6.

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 12-12-20 à 22:32

Pourquoi éliminez-vous l'autre valeur   ?
la dérivée seconde s'annule bien en changeant de signe

Dérivation et convexité

Posté par
Aldebarran
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 09:24

Car pour cette question, il est demandé de trouver un unique point d'inflexion sur l'intervalle [0;15]

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 10:54

D'accord j'étais resté sur [0~;~60]

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 10:56

Pour l'interprétation  est-ce en ce point la courbe traverse sa tangente ?

Posté par
Aldebarran
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 12:14

Oui, on voit que f'' s'annule en changeant de signe. Du coup c'est là que la courbe passe de convexe à concave

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 12:28

Le problème demandait une interprétation concrète de cette abscisse
je vous proposais  : « en ce point la courbe traverse sa tangente » je vous demandais plutôt si c'était ce genre de réponse que vous attendiez

Posté par
Aldebarran
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 12:33

Oui cette réponse me convient. Donc c'est terminé pour cet exercice.

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 12:59

Oui à moins que vous n'ayez d'autres questions.

Posté par
Aldebarran
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 13:37

J'ai besoin d'aide pour une dérivation, mais il s'agit d'un autre exercice donc je vais ouvrir un nouveau sujet.
Merci pour votre aide.

Posté par
hekla
re : Dérivation et convexité 13-12-20 à 13:46

De rien



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