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Niveau terminale
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Dérivée seconde

Posté par Profil Nellielal 27-12-21 à 14:57

Bonjour , pourriez vous m'aider avec mon dm de maths 😊.
Voici l'énoncé :
f est la fonction définie sur R par :
f(x)= (x^4/4)-((3/2)*x^2)+4x
1. Déterminer la fonction dérivée f' et la fonction dérivée de f', notée f" (dérivée seconde de f)
2.a) étudier les variations de f'
b) Dresser le tableau de variation de f' et en déduire que l'équation f'(x)=0 admet une unique solution a dans l'intervalle ]-∞; -1]
c) A l'aide de la calculatrice, donner un encadrement d'amplitude 10^-2 de a
3.a) Déterminer le signe de la fonction f'
b) Dresser le tableau de variation de la fonction f
c) Expliquer pourquoi f(a)= 3/4*a(4-a)
d) Déterminer le nombre de racines du polynôme f

Ce que j'ai fait :
1. f'(x)= x^3-3x+4
     f"(x)= 3x^2-3
2.a) nous allons calculer le discriminant de la fonction
∆=b^2-4ac
∆=36
X1= (-b+√∆)/2a
X1= 1
X2= (-b-√∆)/2a
X2=-1
f"(x) est négative sur [-1 ; 1] et est positive sur ]- ∞; -1] et sur [1; +∞[
d'ou f'(x) est strictement décroissante sur [-1 ; 1] et strictement croissante sur ]- ∞; -1] et sur [1; +∞[.
2.a)

x     - ∞              -1                    1              + ∞    
f"             +                   -               +
f'   croissante  decroissante croissante  

f'(-1)=6
f'(1)=2
f'(-∞) =-∞
f'(+∞)= +∞
Sur ]-∞;-1] la fonction f' est continue et strictement croissante
x  -1
f'(x) f'(-1)
f'(x) 6
Lim quand x tend vers -∞ de f'(x)=-∞
D'après le TVI f'(x)=0 admet une solution
O inclue dans [-3;+∞[ , il existe un unique a inclus dans ]-∞;-1] tel que f'(x)=0
c) f'(-2,20) est negative
f'(-2,19) est positive
Donc a est compris entre -2,20 et -2,19 avec la calculatrice
3.a)
Je en suis pas sûr mais peut être que de s'annule en -2,20 et -2,19 donc change de signe
Entre -2,20 et -2,19 le signe de la fonction est negative .
b) je ne sais pas trop comment m'y prendre
C et d . Je bloque

Merci de m'aider 😊😊

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 27-12-21 à 15:15

bonjour

1) oui

2) tu pouvais éviter de calculer le discriminant...
f"(x)= 3x^2-3  = 3(x²-1)
f''(x) = 0 x²-1=0   identité remarquable...

3a)
à l'aide du tableau de variation de f' dument complété, tu peux en déduire le signe de f '(x)

et comme f' est la dérivée de f, tu en déduis la variation de f

3c) que sais-tu sur f'(a) ?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 12:19

Bonjour,

2) Ah, d'accord merci
Donc
Donc entre - ∞ et a le signe de la fonction est positif et entre a et + ∞ le signe est négatif ?
Donc
x.     -∞.                         a.                                      +∞
f'.                    +.                                 -
f(x).      Croissante     décroissante

3)
f'(a) est positif quand a = -2,20 et est négatif quand a =  -2,19

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 12:21

3) a. Donc
Donc entre - ∞ et a le signe de la fonction est positif et entre a et + ∞ le signe est négatif ?
Donc
x.     -∞.                         a.                                      +∞
f'.                    +.                                 -
f(x).      Croissante     décroissante
3) c. f'(a) est positif quand a = -2,20 et est négatif quand a =  -2,19
Je n'avais  pas précisé le numéro de la question

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 13:36

bonjour Nellielal

2) Donc entre - ∞ et a le signe de la fonction est positif et entre a et + ∞ le signe est négatif ?

je ne trouve pas comme toi

relis ce que tu as écrit ici :
c) f'(-2,20) est négative
f'(-2,19) est positive

corrige
puis reprends la variation de f

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 13:39

ci-dessus, c'est 3a), pas 2) en effet

---

3c)  relis la question qui définit le nombre a :
2c)en déduire que l'équation f'(x)=0 admet une unique solution a dans l'intervalle ]-∞; -1]

tu sais donc que a vérifie... quelle l'égalité ?
écris cette égalité.

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 14:44

3) a. Du coup c'est l'inverse , c'est d'abord négatif et positif ?
Du coup c'est décroissant puis croissant ?

3)c.

-2,20<= a<= -2,19 ?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 14:59

ok pour la variation de f
on peut résumer tes résultats avec le tableau suivant (à peu près):

Dérivée seconde

3c)
tu peux faire beaucoup mieux... regarde le tableau ci-dessus
f '(a) = ...?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 15:16

D'accord Merci 😊
3)c. f'(a)=0?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 15:21

bien sur;  c'est ce que dit l'énoncé de la question 2b)

or tu as déjà établi l'expression de la dérivée f'(x)
donc f '(a) = 0  est équivalent à ...?

--

ensuite :   3c) Expliquer pourquoi f(a)= 3/4*a(4-a)

commence par écrire f(a) sur ton brouillon
puis utilise f '(a)=0
...
tu dois arriver à  f(a)= 3/4*a(4-a)

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 15:34

est équivalent à
x^3-3x+4=0

3)c.
  f(a)= 3/4*a(4-a)
x^3-3x+4=0
donc
a^3-3a+4=0
a^3-3a= -4
a^3-a= 4/3
après je ne sais pas trop comment faire

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 15:40

3c)
f '(a) = 0   a^3-3a+4= 0     a^3 = 3a-4


tu dois obtenir une autre expression de f(a), commence par écrire celle que tu as dans l'énoncé  :

f(a) = .....
puis utilise ce qui est en bleu

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 15:46

  f(a)= 3/4*a(4-a)
a^3 = 3a-4
il faut remplacer le a de l'expression de f(a) par 3a-4/3 ?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 15:48

allons Nellielal...
comment est définie la fonction f dans l'énoncé, au tout début, pour tout x ?  

et donc en particulier, f(a) = ...

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:05

elle est définit dans R
et on a f(x) = x^4/4 -3/2x^2 +4x
donc f(a) =  x^4/4 -3/2x^2 +4x ?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:10

f(x) = x^4/4 -3/2x^2 +4x

donc f(a) =  x^4/4 -3/2x^2 +4x   --- non,  on remplace x par a pour avoir l'image de a

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:13

ah oui j'avais oublié de le remplacer
donc f(a) =  a^4/4 -3/2a^2 +4a
et comme a^3=  a^3 = 3a-4
il faut remplacer a par son expression?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:17

f(a) =  a^4/4 -3/2a^2 +4a          oui

et comme a^3 = 3a-4
il faut remplacer a^3 par son expression
sachant que a^4 = a³ * a

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:22


donc
f(a) = a^3*a/4-3/2a^2+4a

donc
f(a) =  3a-4/4-3/2a^2+4a ?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:31

f(a) = a^3*a/4-3/2a^2+4a  

donc
f(a) =  3a-4/4-3/2a^2+4a  ---- il en manque un petit bout, et des parenthèses

reprends proprement
puis réduis, puis factorise : tu dois arriver à l'énoncé

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:39

f(a) = (3a-4)/4-3/2a^2+4a
a^2=2a-3
f(a)= (3a-4)/4-3/2/(2a-3)+4a ?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:47

f(a) = (3a-4) * a /4-3/2a^2+4a     ---- tu as oublié *a
= ... continue sur cette voie

a²=2a-3    --- euh non, d'où ça sort, cette égalité ?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:58

ah oui effectivement, merci
je m'était dit que comme ont avait donné l'expression de a^3 et a^4 il fallait le faire pour a^2

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:59

tu as pu terminer?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 16:59

mais comme j'avais oublié le a c'est pour cela que j'avais fait ça.

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:06

((3a-4)a)/4 - 3/2a^2+4a
(3a^2-4a)/4-3/2a^2+4a
-3a(a-4)/4

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:19

entre (3a^2-4a)/4-3/2a^2+4a
et -3a(a-4)/4
... le discours est un peu bref ^^
pour ma part, ça me suffit si tu sais faire,
mais j'espère que tu as davantage expliqué sur ta copie comment on passe la 1ère à la seconde ligne.


ensuite, pour arriver exactement à  l'énoncé :
f(a)
...
= -3a(a-4)/4
= 3/4*a(4-a)  
et la boucle est bouclée

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:24

oui j'ai réussi merci beaucoup .

d)  pour cette question j'ai utilisé le discriminant de la fonction
∆=b^2-4ac
∆=9
X1= (-b+√∆)/2a
X1= -4
X2= (-b-√∆)/2a
X2=0

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:29

d) Déterminer le nombre de racines du polynôme f
... pas les racines elles-mêmes

par ailleurs, sur quelle équation tu calcules le discriminant ?
tu n'as pas oublié que  le discriminant=b²-4ac  ne se calcule que sur du second degré.

de quelle équation parle la question d) ?

... qu'en penses-tu ?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:33

j'ai utilisé
f(a) = 3/4 a (4-a)
et j'ai fait
3/4a*4 - 3/4a*a
et j'ai trouvé
3a-3/4a^2

la question parle de l'équation x^4/4 -3/2x^2+4x ?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:34

oui,  vous avez raison

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:41

on cherche le nombre de racines de f
i.e. le nombre de solutions de l'équation f(x) = 0 ---- x, et non pas a


x^4/4 -3/2x^2+4x  = 0  --- équation de degré 4, dont la résolution n'est pas au programme

en revanche on peut trouver le nombre de solutions...
en s'appuyant sur le tableau de variation de f  
(cf  28-12-21 à 14:59)

et sur un certain théorème du cours...

petite piste : en quelle valeur de x, la fonction f change de variation ?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:50

elle change de variation en -1 d'après le tableau
c'est le théorème des valeurs intermédiaires ?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:52

ah non je raconte une bêtise elle change de variation en a

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:54

donc il n'y a qu'une solution?

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 17:58

f change de variation en a   ---- oui

et f(a) = ...? calcule (arrondis)
puis mets cette valeur dans le tableau de variation.

observe ensuite comment varient les images de f dans ce tableau...
combien de racines de f peux-tu prévoir ?

et pour démontrer, utilise le T.V.I que tu as dans le cours

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:04

a= -2.19
f(a)= -2.19^4/4 -3/2*-2.19^2 +4*-2.19
f(a)= -7.32

f(-1)= -3
f(1)= 3
donc on a deux racine ?

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:07

non une solution , attendez je vais rédiger

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:11

je trouve (vérifie) f(a) -10.2

en revanche
f(-1)= -3
f(1)= 3      c'est super faux - et inutile

relis attentivement mon dernier message.

on a bien 2 racines, i.e. 2 valeurs de x (que l'on ne cherche pas à déterminer !) pour lesquelles f(x) = 0
je confirme que tu dois utiliser le théorème des valeurs intermédiaires.

je reviens plus tard (et demain si tu préfères)

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:13

la fonction est continue, strictement croissante sur [-1;1]; o inclue [f(-1); f(1)] d'après le TVI f(x)=o admet une unique solution xo inclue [-1;1] [-3;3] ,  de plus f(-2)= -6 < 0 et f(2) = 6>0  donc 0 inclue dans [f(-2); f(2)] donc xo inclue [-6;6]

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:15

Nellielal @ 28-12-2021 à 18:13

la fonction est continue, strictement croissante sur [-1;1]; o inclue [f(-1); f(1)] d'après le TVI f(x)=o admet une unique solution xo inclue [-1;1] [-3;3] ,  de plus f(-2)= -6 < 0 et f(2) = 6>0  donc 0 inclue dans [f(-2); f(2)] donc xo inclue [-6;6]

heu non je me suis égaré je vais me reprendre

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:15

Nellielal @ 28-12-2021 à 18:15

Nellielal @ 28-12-2021 à 18:13

la fonction est continue, strictement croissante sur [-1;1]; o inclue [f(-1); f(1)] d'après le TVI f(x)=o admet une unique solution xo inclue [-1;1] [-3;3] ,  de plus f(-2)= -6 < 0 et f(2) = 6>0  donc 0 inclue dans [f(-2); f(2)] donc xo inclue [-6;6]

heu non je me suis égaré je vais me reprendre


puisque ici je n'ai mis qu'une solution

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:16

carita @ 28-12-2021 à 18:11

je trouve (vérifie) f(a) -10.2

en revanche
f(-1)= -3
f(1)= 3      c'est super faux - et inutile

relis attentivement mon dernier message.

on a bien 2 racines, i.e. 2 valeurs de x (que l'on ne cherche pas à déterminer !) pour lesquelles f(x) = 0
je confirme que tu dois utiliser le théorème des valeurs intermédiaires.

je reviens plus tard (et demain si tu préfères)


d'accord pas de souci, en attendant je vais rédiger

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:17

j'ai refait le calcul et je trouve -10,2 , j'avais oublié les parenthèses.

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 28-12-21 à 18:24

la fonction est continue, strictement croissante sur [-1;1 ] et sur ]- infini; a] ; o inclue [f(-1); f(1)]  et dans [- infini; f(a)] d'après le TVI f(x)=o admet deux solutions  

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 28-12-21 à 19:27

non, tu n'y es pas.

regarde le tableau de variation que tu as fait pour f:
f est strictement croissante sur .... quel intervalle ?
f est strictement décroissante sur .... quel intervalle ?

reprends.
je ne vais pas rester très longtemps, mais je reviens te lire demain.
a+

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 29-12-21 à 14:08

Bonjour ,

f est strictement décroissance sur l'intervalle sur l'intervalle ]- infini;-a] et croissant sur l'intervalle [a;+infini[

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 29-12-21 à 14:28

bonjour Nellielal

voilà !
reste à appliquer le TVI sur chacun des 2 intervalles que tu viens de citer

ps : note f(a) sur ton tab. de variation

Posté par Profil Nellielalre : Dérivée seconde 29-12-21 à 18:39

Sur ]-infini;a] f est strictement décroissante
0 inclue dans [f(-infini); f(a)]
D'après le TVI il existe un unique c ]-infini;a] telle que f(x)=0
De même sur [a;+infini] f est strictement croissante; o inclue dans [f(a); f(+infini)] donc il existe un unique c [a;+infini] telle que f(x)=0
comme f est cintinue et strictement monotone sur [f(-infini); f(a)] , [f(a); f(+infini)] d'après le TVI l'équation f(x)=0 admet deux solutions.

variation f(x)      - infini décroissant f(a)  croissant + infini

désolé de répondre si tard mais je n'était pas chez moi

Posté par
carita
re : Dérivée seconde 29-12-21 à 19:06

pas de souci, c'est les vacances !

variation f(x)     + infini décroissant f(a)=-10.2  croissant + infini
==> je viens de regarder mon tableau de variation recopié hier 28-12-21 à 14:59 :
j' avais fait une erreur de frappe, la limite en -inf est + infini

0 inclue dans [f(-infini); f(a)] --- inclus est incorrect
0 "appartient" à l'intervalle (c'est un élément, pas un ensemble), donc

l'écriture f(-infini) me surprend... c'est ton professeur qui l'utilise ?
j'aurais plutôt écrit \lim_{x\to -\infty} f(x) =  +\infty  
mais bon, je ne sais pas tout... s'il passe un professeur par là...

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