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Niveau Maths sup
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Etude d'une fonction sur R+

Posté par
bille
30-10-12 à 09:47

Bonjour, J'ai un DM à faire, et Je rencontre quelques difficultés.

" On définit, pour réel non nul, la fonction f par :
f(x)=2(1+x2) + x*artan(1/X).

1) Etudier la dérivabilité en O.
2) Calculer f'. La fonction est elle de classe C1 sur R+ ?
3) Montrer que si <0, f' s'annule sur +* en une seule valeur notée x. Vous préciserez également le signe de f' sur chacun des intervalles ) 0; x ( et ) x; + (
4) Montrer que si >0, f' est strictement positive sur +*
5) Dresser le tableau de variations de f suivant les valeurs de .

Je n'arrive pas à étudier la dérivabilité en 0, J'ai utilisé le taux d'accroissement en me servant de f(0)=2 (que J'ai calculé auparavant). Mais Je me retrouve avec au numérateur : 2((1+x2) -1) + xarctan(1/x). Donc J'ai essayé de faire un DL de ce numérateur, mais Je ne sais pas à quel ordre m'arrêter, et Je suis bloquée avec le dénominateur car J'ai : x+o(x) -0

J'ai trouvé la dérivée de f' : 2x/(1+x2) + arctan(1/x) - x/(x2+1)
Pour prouver qu'elle est de classe C1, J'ai dit qu'elle était dérivable sur )0, +(, qu'elle avait 2 comme limite quand x0 par valeur supérieure, qu'elle était continue (puisque dérivable sur l'intervalle demandé). Donc elle est de classe C1 sur )0; +(. Mais il me manque la valeur de la dérivée en 0 vu que Je n'ai pas réussi à calculer le taux d'accroissement.

Pour les autres questions Je bloque. Faut-il que Je dérive f' ?

Merci de votre aide

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 10:13

Bonjour,

Pour la question 1, il faut effectivement voir que l'on peut prolonger f par continuité en 0 et f(0)=2.
Pour la limite du taux d'accroissement en 0, je trouve /2 à droite et -/2 à gauche donc, sauf erreur de ma part, f n'est pas dérivable en 0. Ceci se voit sur l'étude de fonction ci-dessous (faite pour = 1 donc pour le cas positif) et notamment sur le graphe. Ceci devrait faciliter la résolution des questions suivantes ...

Cordialement.

Etude d\'une fonction sur R+

Etude d\'une fonction sur R+

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 10:27

Merci homeya,
Mais J'ai tout de meme deux questions. Tout d'abord, J'ai du mal a voir comment a été arrangé la dérivée ( mise au meme dénominateur ? ), et Je reste bloquée face à mon taux d'accroissement..
Ou alors il me suffit de prendre la dérivée de remplacer x par 0 et il me reste simplement à calculer arctan(1/x) et effectivement on trouve -pi/2 et pi/2. C'est bien cela ? Puisque le taux d'accroissement en 0 revient à calculer f'(0) ?

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 11:30

Finalement, c'est ce que J'ai fait, mais Je reste bloquée sur les questions suivantes..

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 12:16

Pour le taux d'accroissement en 0, je trouve {{2\lambda\,\left(\sqrt{x^2+1}-1\right)}\over{x}}+\arctan \left({{1}\over{x}}\right). Le premier terme tend vers 0 et le second vers -/2 et /2 (on raisonne normalement à partir du taux d'accroissement et pas de la dérivée).
Quelles sont les questions qui restent bloquantes ?

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 12:24

J'ai trouvé quelque chose de semblable pour le taux
Je reste bloquée sur les questions concernant le signe de f' suivant les valeurs de .

Je ne vois pas ce que Je peux tirer de f' lorsque <0.

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 14:02

Je pense que l'on peut raisonner de la manière suivante (sauf erreur de ma part).
Je trouve f(2)(x) = -{{2\,\left(1-a\,\sqrt{x^2+1}\right)}\over{\left(x^2+1\right)^2}}. Puisque a est négatif, la dérivée seconde est toujours négative. Par conséquent, f' est décroissante de /2 vers 2a (qui sont ses deux limites en 0 et +) et s'annule en x. Et donc f est croissante sur ]0;x] puis décroissante sur [x,+[. On retrouve ceci dans l'étude ci-dessous faite pour = -1.

Etude d\'une fonction sur R+

Etude d\'une fonction sur R+

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 14:04

D'accord, donc il fallait bien dériver f'. Je vais continuer ce que J'avais commencé et essayer tout ça, merci beaucoup!

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 14:45

Je trouve cette dérivée seconde :
f''(x)=2((1+x2)-1/2-x2(1+x2)-3/2) - (x2+1-2x)/((x2+1)2).

Du coups, f'' est négative comme vous l'avez dit, et à partir d'un tableau de variation avec f'' et f', Je trouve qu'effectivement, f' est décroissante de pi/2 à 2, et comme <0, on a 2<0, donc f'' s'annule en x. Donc f' est positive sur )0, x(, et négative sur )x; +(.

Je vais appliquer le meme raisonnement pour la question d'après. Merci !

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 15:20

Bravo

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 30-10-12 à 16:16

Enfin, pas exactement, Je me suis trompée dans la fin de la dérivée, c'est -2/(x2+1)2. Mais ça ne change rien.

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 03-11-12 à 09:44

On me demande maintenant de montrer que l'ensemble des points M(x, f(x)) sont inclus dans la courbe d'équation :

y = 1 - 1/x arctan(1/x)
Je ne vois pas comment aborder cette question.. Je pensais peut etre partir de f'(x)=0.

Sinon, J'ai réussi à montrer que cette courbe coupait le demi-axe des abscisses positives en un seul point d'abscisse . J'ai fait la dérivée etc, puis appliqué le théorème de la bijection.

Mais on me pose la fonction :
Pour x>0, H(x)= (-xarctan(1/x))/2(1+x2), Et on me demande de justifier que H(+*)= ) -/(2(1+2)) ; 0 (.
Puis de montrer que C coupe (Ox) si et seulement si appartient à l'intervalle de H(+*).

Je dois avouer que Je suis un peu perdue..

Merci de m'aider

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 03-11-12 à 11:24

S'il vous plait ..

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 03-11-12 à 18:29

J'arrive, j'arrive ... je ne suis juste pas greffé en permanence à mon mail
La courbe a-t-elle pour équation y = 1-{{1}\over{x\,\arctan \left({{1}\over{x}}\right)}} ?

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 03-11-12 à 20:52

J'ai réussi en étudiant la dérivée et les limites à montrer que l'image de R+* était ce qui était demandé
Mais Je n'ai pas réussi à faire la question concernant les points Mcompris dans la courbe d'équation y = 1- (1/x)*arctan(1/x)

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 03-11-12 à 21:28

On peut effectivement partir de f'(x) = 0:
f'(x) = {{2\,\lambda\,x_\lambda}\over{\sqrt{x{_\lambda}^2+1}}}-{{1}\over{\left({{1}\over{x{{_\lambda}^2}}+1\right)\,x_\lambda}}+\arctan \left({{1}\over{x_\lambda}}\right) = 0.
On en déduit: 2\,\lambda\,\sqrt{x{_\lambda}^2+1}=1-{{\arctan \left({{1}\over{x_\lambda}}\right)\,\left(x{_\lambda}^2+1\right)}\over{x_\lambda}}.
Dans f(x_\lambda) = 2\,\lambda\,\sqrt{x{_\lambda}^2+1}+\arctan \left({{1}\over{x_\lambda}}\right)\,x_\lambda, on remplace 2\,\lambda\,\sqrt{x{_\lambda}^2+1} par 1-{{\arctan \left({{1}\over{x_\lambda}}\right)\,\left(x{_\lambda}^2+1\right)}\over{x_\lambda}} et après simplification, on aboutit à f(x_\lambda) = 1-{{\arctan \left({{1}\over{x_\lambda}}\right)}\over{x_\lambda}}.
Et voilà

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 03-11-12 à 23:03

Après avoir calculé dans f' Je n'avais pas pensé à rebasculer dans f. Merci homeya
Comment fais-tu pour écrire les fractions ?

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 03-11-12 à 23:15

J'utilise la fonction tex() de Maxima ... qui fait aussi les dérivées, les primitives, etc. Je sais, je triche un peu

Posté par
bille
re : Etude d'une fonction sur R+ 04-11-12 à 13:37

En parlant de dérivée, Je n'ai pas la meme en fait pour f' de x. J'ai l'inverse de la deuxième fraction en fait ..

Posté par
homeya
re : Etude d'une fonction sur R+ 04-11-12 à 18:38

Oui, tu as raison: je me suis trompé en modifiant le latex. Le second terme est bien -{{x_\lambda}\over{x_\lambda^2+1}}.



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