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Fonctions et calcul d'intégrale

Posté par
Alexisn38
30-03-20 à 11:48

Bonjour,
je me permets de solliciter votre aide dans la réalisation de mon DM sur les fonctions et calcul d'intégrales.

L'énoncé est le suivant

1. Graphiquement

Voici la courbe représentative d'une fonction 𝑓 définie et dérivable sur l'intervalle [0 ;7]. On note 𝑓′ la fonction dérivée de f.
La droite (OA) est la tangente à la courbe au point d'abscisse 0 ; O étant l'origine du repère et A le point de coordonnées (1;4).
Fonctions et calcul d\'intégrale

a. Déterminer 𝑓′(0) .
b. Déterminer une approximation de l'aire sous la courbe (en unités d'aire). En déduire une approximation de la valeur moyenne de la fonction 𝑓 sur l'intervalle [0 ;7].

2. Etude de la fonction 𝒇
La fonction 𝑓 est définie sur l'intervalle [0 ;7] par 𝑓(𝑥) = 4𝑥𝑒 −0,125 𝑥²

a. On note 𝑓′ la fonction dérivée de 𝑓 sur l'intervalle [0 ;7].
Montrer que 𝑓′(𝑥) = (4 − 𝑥²)𝑒 −0,125 𝑥² .
b. Etudier le signe de 𝑓′(𝑥) sur ℝ .
c. Dresser le tableau de variations de la fonction 𝑓 sur l'intervalle [0 ;7]. Quel est le maximum de la fonction 𝑓 sur [0 ;7] ? On donnera la valeur exacte puis la valeur arrondie au millième.
d. On admet que la fonction 𝐹 , définie par 𝐹(𝑥) = −16𝑒 −0,125 𝑥² , est une primitive de la fonction 𝑓 sur l'intervalle [0;7]. En déduire la valeur moyenne de 𝑓 sur l'intervalle [0 ;7]. On donnera la valeur exacte puis la valeur arrondie au millième.

Je pense avoir répondu aux questions 1a et 1b mais pourriez vous m'indiquer si je suis sur la bonne voie pour continuer. Merci d'avance pour vos retours.

1a. si j'ai bien compris, il s'agit de déterminer graphiquement donc f'(0)=0

2b. est-ce qu'une approximation de l'aire sous la courbe revient à compter les carreaux ? si oui, je dirai l'équivalent de 29 carreaux soit
\int_{a}^{b}{f(x)} = \int_{0}^{7}{f(x)} = 29 u.a

Une approximation de la valeur moyenne de la fonction 𝑓 serait donc
\frac{1}{b-a}\int_{a}^{b}{f(x)d(x)}
= \frac{1}{7-0}\int_{0}^{7}{f(x)d(x)}
= \frac{1}{7}x16,5
= 4,14

Bonne journée à tous
Alexis

Posté par
sanantonio312
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 11:50

Bonjour,

Citation :
1a. si j'ai bien compris, il s'agit de déterminer graphiquement donc f'(0)=0
Non. f(0)=0, oui. Mais pas f'(0)

Posté par
sanantonio312
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 11:54

1b: Oui, mais s'il te plait, ne mélange pas LaTeX et l'écriture standard. "x" en LaTeX pour le signe multiplier, c'est moyen!
2a: C'est une dérivation standard.
2b: Problème?

Posté par
sanantonio312
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 11:55

1b: c'est 29ua ou 16,5?

Posté par
Alexisn38
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 12:06

sanantonio312 @ 30-03-2020 à 11:54

1b: Oui, mais s'il te plait, ne mélange pas LaTeX et l'écriture standard. "x" en LaTeX pour le signe multiplier, c'est moyen!
2a: C'est une dérivation standard.
2b: Problème?


Bonjour et merci pour votre retour rapide.

Désolé pour les différentes erreurs, je vais corriger.

Tout d'abord pour la 1a
effectivement graphiquement on lit donc bien f(0)=0 et donc la dérivée de 0 donne f'(0)=0

Est-ce correct ?

Pour la 2b, je me suis emmêlé les pinceaux car j'ai fait 2 comptes différents. Je me suis arrêté sur celui là

\int_{a}^{b}{f(x)} = \int_{0}^{7}{f(x)} = 29 u.a

et donc Une approximation de la valeur moyenne de la fonction 𝑓 serait
\frac{1}{b-a}\int_{a}^{b}{f(x)d(x)}
= \frac{1}{7-0}\int_{0}^{7}{f(x)d(x)}
= \frac{1}{7} x 29
= 4,14

Pour la suite, je suis en train de regarder.
Je posterai mes réponses au fil de l'eau.
Merci pour votre aide

Posté par
sanantonio312
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 12:19

Citation :
on lit donc bien f(0)=0 et donc la dérivée de 0 donne f'(0)=0
Est-ce correct ?

Non. comment détermines-tu la valeur de la dérivée en 0 (Et non la dérivée de 0)?

Posté par
Alexisn38
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 13:16

sanantonio312 @ 30-03-2020 à 12:19

Citation :
on lit donc bien f(0)=0 et donc la dérivée de 0 donne f'(0)=0
Est-ce correct ?

Non. comment détermines-tu la valeur de la dérivée en 0 (Et non la dérivée de 0)?


Merci pour le coup de pouce
En cherchant finalement dans mes cours, je pense avoir compris.

f'(0) vaut le coefficient directeur de la tangente à la courbe au point d'abscisse 0.
Ici, il s'agit du coefficient directeur de la droite (OA).
Soit A(1;4) et O(0;0), 2 points de la droite (OA)
On calcule le coefficient directeur selon la formule:

y_{b}-y_{a}/x_{b}-x_{a}
on obtient donc (0-4)/(0-1)=4

donc f'(0)=4

Est-ce correct ?
Merci

Posté par
Alexisn38
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 13:52

Voici ma réponse pour le 2a

𝑓(𝑥) = 4xe^{-0,125x²}


soit u= 4𝑥   et v= e^{-0,125x²}   (on sait que e^{u}=u'e^{u})

donc u'= 4  et v'= (-0,125*2x)e^{-0,125x²} =-0,25xe^{-0,125x²}

on sait que (uv)'= u'v-uv' donc

f'(x)= 4e^{-0,125x²}-4x*(-0,25x)e^{-0,125x²}
f'(x)= 4e^{-0,125x²}-x²e^{-0,125x²} = (4-x²)e^{-0,125x²}

est-ce correct ?
Merci d'avance

Posté par
sanantonio312
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 14:14

Oui, f'(0)=4
Il y a une erreur de signe dans ta définition et une autre dans ton calcul: elles se compensent! Quelle chance!

(uv)'= u'v+uv'

\blue f'(x)= 4e^{-0,125x²}\red+\blue 4x*(-0,25x)e^{-0,125x²}
f'(x)= 4e^{-0,125x²}-x²e^{-0,125x²} = (4-x²)e^{-0,125x²}  étonnament juste!

Posté par
Alexisn38
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 14:49

sanantonio312 @ 30-03-2020 à 14:14

Oui, f'(0)=4
Il y a une erreur de signe dans ta définition et une autre dans ton calcul: elles se compensent! Quelle chance!

(uv)'= u'v+uv'

\blue f'(x)= 4e^{-0,125x²}\red+\blue 4x*(-0,25x)e^{-0,125x²}
f'(x)= 4e^{-0,125x²}-x²e^{-0,125x²} = (4-x²)e^{-0,125x²}  étonnament juste!


Oh super, merci pour votre retour.
Je viens de corriger mon erreur

en attendant j'ai poursuivi et donc pour la 2b
j'en ai déduis que 𝑓'(𝑥)=0 n'admet qu'une seule solution:
4-x²=0 donc x=2

donc sur R, 𝑓'(𝑥) est croissante sur [--\infty;2]  et décroissante sur [2; +\infty] car elle est du signe de 4-x²

est-ce correct ?
Merci


Posté par
sanantonio312
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 15:04

Dans le domaine de définition, [0; 7], oui, c'est bon.
Sur , c'est faux. l'équation 4-x²=0 a deux solutions

Posté par
Alexisn38
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 15:09

sanantonio312 @ 30-03-2020 à 15:04

Dans le domaine de définition, [0; 7], oui, c'est bon.
Sur , c'est faux. l'équation 4-x²=0 a deux solutions


oups décidément, je suis tête en l'air.
4-x²=0 admet 2 solutions x=2 ou x=-2

je mets de suite à jour mon tableau de variation

Posté par
sanantonio312
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 15:24

Posté par
Alexisn38
re : Fonctions et calcul d'intégrale 30-03-20 à 15:39

Voici ma réponse à la 2c

Si on utilise le tableau de variation réalisé sur R, sur l'intervalle [0;7], on a donc 𝑓(𝑥) croissante sur [0;2]  et décroissante sur [2;7] avec un maximum en f(2)= 4.852

Et la réponse en 2d, on calcule la valeur de l'intégrale de f(x) entre 0 et 7 soit

\int_{0}^{7}{f(x)dx}=[F(7)]-[F(0)]=(-16e^-0,125*7²)-(-16e^-0,125*0²)= 15,965

et pour la moyenne, on utilise la formule

\frac{1}{b-a}\int_{a}^{b}{f(x)dx}= \frac{1}{b-a}[F(b)]-[F(a)]

\frac{1}{7}*15,965=2,3

et pour finir on retrouve bien les mêmes valeurs qu'à la question 1b

\int_{a}^{b}{f(x)} = \int_{0}^{7}{f(x)} = 16,5 u.a

Une approximation de la valeur moyenne de la fonction 𝑓 serait donc
\frac{1}{b-a}\int_{a}^{b}{f(x)d(x)}

= \frac{1}{7-0}\int_{0}^{7}{f(x)d(x)}

=\frac{1}{7}*16,5

=2,35

Est-ce que tout est correct ?
Merci



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