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fonction exponentielle exercice

Posté par
ozpacker
12-10-19 à 11:20

Bonjour,

Voici un nouveau exercice :

Soit  f la fonction définit sur R par f(x) = e^-x2

a) Chercher f' , puis f'' la dérivée seconde de f.

b) Déduire les variations de f , puis les intervalles sur lesquels la fonction f est convexe / concave

c) F(x) = \int_{0}^{x}{f(t)dt}
- déterminer les intervalles sur lesquels F est convexe / concave
- en déduire que pour tout x >=0,

\int_{0}^{x/2}{e^-t2} dt >= \frac{1}{2}\int_{0}^{x}{e^-t2}dt

- déterminer l'équation de la tengante à la courbe de f au point d'abscisse 0
- démontrer que pour tout x >=0, F(x) <= cet que pour tout x <= 0, F(x) >= x

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 11:24

Pour la dérivée je trouve :

f'(x) = -2xe^{-x2}

Posté par
pzorba75
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 11:26

a) La dérivée d'une fonction du type eu est une fonction de la forme u'eu. Ce qui permet de calculer f' et f''.

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 11:30

Pour f''(x) j'ai décidé d'utiliser cette formule (uv)' = u'v + uv'

soit :

f''(x) = (-2)(e^{-x2})+(-2x)(-2xe^{-x2})
f''(x) = -2e^{-x2} -4xe^{-x2}

je ne suis pas sur du résultat ...

peut-être :

f''(x) = e^{-x2} (-2-4x^2)

Posté par
pzorba75
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 14:53

(-2x)(-2xe-x2)=4x2e-x2

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 16:48

Oui en effet !
donc f''(x) = e^{-x2}(-2+4x^2)

est-ce correct ?

Posté par
PLSVU
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 17:19

Oui

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 17:29

question b)

\begin{array} {|c|cccccccccc|} x & -\infty & & \frac{-\sqrt{32}}{8} & & 0 & & \frac{\sqrt{32}}{8} & & +\infty & \\ {signe f'(x)} & & + & & + & 0 & - & & - & & \\ {signe f''(x)} & & + &0 & - & & - & 0 & + & & \\ {variation} & & \nearrow & & \nearrow & & \searrow & & \searrow & & \end{array}

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 17:39

La fonction f(x) est convexe sur les intervalles :
(-infini ; \frac{-\sqrt{32}}{8}) (\frac{\sqrt{32}}{8} ; +infini)

et concave sur l'intervalle :

(\frac{-\sqrt{32}}{8} ; \frac{\sqrt{32}}{8})

Posté par
PLSVU
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 17:45

précise les limites f et  la valeur  maximale
simpliflie √(32)/8
   Pour  les intervalles sur lesquels la fonction f est convexe / concave
regarde ce lien

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 18:41

oui lorsque f''(x) est <=0 la fonction f(x) est concave sinon convexe, c'est ce que j'ai mis non ?

pour la simplification :

\frac{\sqrt{2}}{2}

Posté par
PLSVU
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 18:51

excuse moi, je n'avais pas vu ton message de  17:39
pas des parenthèses  mets des crochets pour les intervalles
√2/2  OkK

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 18:55

Très bien merci !
pour les parenthèse, il y a une importance ouvert ou non ?

je vais faire une pause et je terminerai l'exercice demain matin

merci pour votre aide

Posté par
PLSVU
re : fonction exponentielle exercice 12-10-19 à 19:09

   si f est deux fois dérivable, les points où la dérivée seconde f'' de f s'annule en changeant de signe sont des points d'inflexion.
la tangente traverse la courbe
    je mets des crochets    ouverts et je précise  les points d'inflexion

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 13-10-19 à 10:20

Bonjour,

Je suis bloqué pour la question C ...
Faut-il déjà que je trouve une primitive de f ?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 13-10-19 à 10:36

je n'arrive pas à trouver la primitive de f

Posté par
PLSVU
re : fonction exponentielle exercice 13-10-19 à 10:49

déterminer les intervalles sur lesquels F est convexe / concave
  inutile de  déterminer de F
  relie le lien  que je t'ai indiqué

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 10:26

Bonjour,

j'ai bien lu le lien sur les cours concernant la convexité et j'ai bien compris les différents cas.
Par contre je suis bloqué pour les deux questions de C .....
Pouvez-vous m'aider ?
merci

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 10:41

Hello,
La convexité dépendant des dérivées, sais tu quelle est la dérivée de F ?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 10:50

oui la dérivée de F est f(x)

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 11:46

Dans ce cas il te faut juste utiliser la propriété 3)a) du cours qui a été donné en lien.

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 16:37

honnêtement je ne fais pas de rapprochement, pour moi le cours est clair j'ai compris et les premières questions en témoignent je le pense.
Le problème c'est que je ne comprends pas ce que je dois faire la, la propriété de la 3)a) évoque la définition de la dérivée seconde.

Posté par
PLSVU
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 18:10

  la fonction f    est la dérivée de F    
la fonction f' est la dérivée seconde de F  quel est son signe  ?  voir ton tableau

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 18:46

Ok ... j'ai compris en effet j'ai mal lu la question des le départ je pense,

donc réponse :

étant donné que f(x) est la dérivée de F et que f'(x) est la dérivée seconde de F, par lecture du tableau de signe et variation, on en  déduis que F(x) est convexe sur l'intervalle )-infini ; 0( et concave sur l'intervalle ) 0 ; +infini (


cela vous paraît-il cohérent ?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 18:47

par contre je n'ai aucune idée de comment répondre a cette question :
- en déduire que pour tout x >=0,

\int_{0}^{x/2}{e^-t2} dt >= \frac{1}{2}\int_{0}^{x}{e^-t2}dt

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 18:48

désolé petite erreur (question c, deuxième partie)

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 18:58

Pour cette question :

-" déterminer l'équation de la tengante à la courbe de f au point d'abscisse 0 "

j'ai trouvé cela :

y = f'(0) (x-1) + f(0)

y = 1

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 20:22

hello,
oui ta conclusion sur la convexité et concavité de F est juste.
Et désolé, c'était le point 3)b) et non 3)a) à appliquer.

Pour la question suivante, je ne vois pas vraiment le lien avec la question précédente.
Et je ne vois pas de solution immédiate.
Une solution serait de diviser l'intégrale de f en 2 partie, une de 0 à x/2 et l'autre de x/2 à x.
Ensuite si tu considères g:t -> f(t-x/2) sur I=[x/2;x]
sur cet intervalle tu as g>= f >=0 car f est décroissante et positive.
Donc g intégré sur I est supérieur à f intégré sur I
Et avec un changement de variable g intégré sur I est égal à f intégré sur [0;x/2]
Tu obtiens alors l'égalité voulu.

Mais je suppose qu'il y a plus simple...

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 20:27

Très bien merci pour les précisions.

L'équation de la tangente est-elle correcte ?

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 20:37

Pour l'équation de la tangente en x=0, la formule de départ est incorrecte. Mais tu retombes quand même sur tes pattes

Si f est définie et dérivable en x0, quel est l'équation générale de sa tangente en x0?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 21:28

la formule n'est pas bonne ??

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 21:33

Non.
C'est pour ça que je te demande la formule générale pour voir ?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 21:39

et bien pour moi la formule de l'équation de la tangente au point d'abscisse "a" est :
y = f'(a)(x-a)+f(a)

Posté par
malou Webmaster
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 21:41

ozpacker @ 14-10-2019 à 18:58

Pour cette question :

-" déterminer l'équation de la tengante à la courbe de f au point d'abscisse 0 "

j'ai trouvé cela :

y = f'(0) (x-1) + f(0)

y = 1


Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 21:51

f(0) = 1 et f'(0) = 0
correct ?

donc : 0(x-0)+1

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 21:58

oui là, c'est bon.
La formule général si f est dérivable en x0 c'est y=f'(x0)*(x-x0)+f(x0)

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 22:02

parfais, désolé j'ai mal recopié la première formule.
Pour la dernière question une idée ? merci je vais couper je reprends demain matin

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 14-10-19 à 22:07

L'exercice est presque terminé. Il suffit pour la dernière question d appliquer la définition 1) du cours qui a été donné en lien.
Par contre si quelqu'un a une autre méthode pour résoudre l'inégalité de la question c) je suis preneur.

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 09:44

Bonjour,

j'ai relu encore et encore la fiche de cours mais je ne vois pas comment je peux justifier la dernière question avec cela ?

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 09:48

Que te dis la définition 1 ?  Et comment pourrais tu la traduire en un point ?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 09:52

la définition me dit que une fonction f dérivable sur un intervalle est CONVEXE si sa représentation graphique est entièrement située au dessus de chacune de ses tangentes

et inversement CONCAVE si ...... situé en dessous de chacune de ses tangentes


Mais je n'est pas de réprésentation de F

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 09:55

Pour une fonction g dérivable en x0, quelle est l'équation de la tangente en x0 ?

Posté par
pzorba75
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:07

y=g'(x0)(x-x0)+g(x0), c'est du cours plus souvent présenté pour f, dérivable en a, avec y=f'(a)(x-a)+f(a)!

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:13

Pas de problème pour prendre f et a  ; )
g c'était pour éviter les confusions avec f de l exercice.
Du coup avec ta formule, tu peux écrire la tangente à F en un point a.
Suivant la valeur de a, si F est concave ou convexe, tu sauras si F est au dessus ou en dessous de la tangente.

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:13

désolé je suis en reprise d'étude et la clairement je ne vois pas de solution ni de logique à adopter ..

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:33

mais ca je l'ai déjà fais avec la question d'avant j'ai determiné la tangente de F

resultat y=1

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:34

Pour F, sa dérivé est f.
Donc si on défini la fonction "tangente" en "a" T.
On a donc en appliquant ta formule :
T(x)=f(a)*(x-a)+F(a)
Soit encore,
T(x)=e^(-a^2)*(x-a)+F(a)

Par contre, calculer F(a) peut être compliqué.
Il y a cependant un point ou F(a) est évident.
Le vois tu ?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:51

non absoulement pas, car c'est trop flou pour moi étant donné que je n'ai jamais tracé F(x) je n'arrive pas à me projeter

Posté par
GxD
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:55

Aurais tu une idée de ce que vaut F(0) ?

Posté par
ozpacker
re : fonction exponentielle exercice 15-10-19 à 10:58

honnêtement non

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