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Niveau terminale
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montrer qu'une fonction est dérivable en 0

Posté par
cornelia93
12-06-10 à 23:06

Bonsoir, pour m'entrainer pour le bac je fais un exercice, mais je n'arrive pas à montrer que la fonction est dérivable en 0.
f(x) = (ex-1+x)/x  - x
et f(0) = 2
J'ai essier de calculer les limites en 0 de [f(0+h)-f(0)]/h mais je n'aboutit qu'a des FI (soit 0/0, ou 0*)

Pouvez vous m'aider s'il vous plait?

Posté par
Labo
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 12-06-10 à 23:37

bonjour,
f(x)=\fr{e^x-1}{x}+1-x

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 12-06-10 à 23:47

Ben justement, ça me donne 0/0
Car  

montrer qu\'une fonction est dérivable en 0

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 12-06-10 à 23:48

donc je reste bloquée

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 12-06-10 à 23:49

j'ai oubliée le -2 dans la première équation au numérateur après le 1-x, car f(0)=2

Posté par
A320
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:00

Moi je trouve -1

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:01

mais, pourquoi -1? ou est mon erreur?

Posté par
A320
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:09

En fait je cherche la limite non pas de \frac{f(x)-f(0)}{x} mais \frac{x}{f(x)-f(0)}

soit lim \frac{x}{\frac{e^x-1}{x}-x-1}=lim \frac{x}{1-x-1}=lim \frac{x}{-x}=-1

en utilisant les limites composées avec la fonction inverse j'en déduit que lim\frac{f(x)-f(0)}{x}=1/-1 soit -1

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:11

Ah, merci beaucoup, je comprends mieux

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:21

> A320

J'ai peur que tu commettes la même erreur qu'ici : Calcul d'une asymptote. Tu ne peux pas remplacer en cours de route un terme par sa limite en laissant les autres (d'ailleurs sur le lien que je viens de donner, tu n'as pas répondu à ma dernière question.)

Pour la limite en question dans cet exercice ici c'est -1/2

Posté par
LeHibou
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:23

Bonsoir,

En reprenant la forme du post de Labo :
f(x) = (ex-1)/x + 1 - x
f(0) = 2
donc
f(x)-f(0) = (ex-1)/x - 1 - x
et donc
(f(x)-f(0))/x = ((ex-1)/x - 1 - x)/x
On on a (ex-1)/x = (ex - e0)/(x-0)
quand x  -> 0, ce terme tend vers la valeur de la dérivée de ex en 0, et cette valeur est 1
Finalement,
(f(x)-f(0))/x -> (1 - 1 - x)/x = -x/x
(f(x)-f(0))/x -> -1
Je suis donc d'accord avec A320

Posté par
LeHibou
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:29

--> littleguy
Au temps pour moi, tu as raison ! Il fallait écrire :
(ex-1)/x 1+x/2
Mais cela provient de ex 1+x+x²/2, comment justifier cela en Terminale, où on ne pratique pas encore les développements limités ?

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:32

Bonsoir LeHibou

Mais ça ne colle pas avec le graphique : je ne vois pas bien la droite de pente -1 tangente à la courbe au point de coordonnées (0,2)

montrer qu\'une fonction est dérivable en 0

Posté par
A320
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:32

merci pour le post, je l'avais en effet lu et sur le forum mathematique.net avait eu un autre contre exemple.

Je fini par avoir un gros doute

pour le dénominateur

 lim (\frac{e^x-1}{x}-x-1)=lim \frac{e^x-1}{x}+ lim (-x)+ lim(-1)=1+lim(-x)-1=lim(-x)

comme lim f(x)/g(x)=lim f(x)/lim g(x) ici je recompile  lim x/lim (x-)=lim(x/-x)=-1

Ou est l'erreur?

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:33

Je n'avais pas vu ta seconde réponse LeHibou.

Moi non plus je ne vois pas pour l'instant au niveau Terminale. La nuit porte conseil

Posté par
LeHibou
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 00:51

--> A320
L'erreur est subtile, et difficile à voir en Terminale.
Dans une première approche, comme je l'ai fait, on écrit que (ex-1)/x - 1 tend vers 0, et il reste donc -x.
En réalité, il faut voir de quelle façon (ex-1)/x - 1 tend vers 0, et un outil étudié seulement en Maths Sup (les développements limités) permet de répondre à la question.
Pour t'en donner une idée, on démontre que, lorsque x est proche de 0, on peut approximer ex, non pas par 1+x comme tu as déjà dû le voir, mais par par 1+x+x²/2, et c'est ce terme supplémentaire x²/2 qui va faire toute la différence.
On a alors :
(ex-1)/x - 1 - x (1+x+x²/2 - 1)/x - 1 - x 1 + x/2 - 1 - x -x/2
et donc :
((ex-1)/x - 1 - x)/x -> -1/2
Mais pour l'instant je ne vois pas, et littleguy semble d'accord avec moi sur ce point, comment arriver à ce résultat sans l'outil des développements limités...

Posté par
A320
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 01:00

Je suis preneur pour une vision de mon erreur subtile, parce que là je devient chèvre.

En effet je viens et par un traceur et par le d.l que le résultat est -1/2

voilà un très bon type d'exo pour lever les erreurs subtiles

Posté par
bamboum
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 02:57

Je fais tout avec la regle de l'hopistal qui n'est jamais apprise et je ne comprends pas pourquoi. Je crois qu'en fait historiquement il n'en est pas l'auteur mais avait payé un "negre " pour avoir un petit theoreme...
Quoiqu'il en soit pour les formes indeterminées 0/0 ou/ c'est génial.
Si on a f(x)/g(x) qui fait 0/0 alors la limite en 0 sera f'(0)/g'(0) je dérive en haut et en bas et c'est tout puis je fais x=0 !
Ainsi je vois bien que la fonction initiale tend vers 2 qd x tend vers 0.
Démo:
(ex+1)/1 -x tout ca fait 2 si x=0. La fonction est continue (aussi bien a droite qu'a gauche).
Passons a la derivée:
F'(x)= [(ex+1)x - (ex-1+x)]1/x2 - 1
= (xex+x-ex+1)/x2  - 1
= (xex-ex+1)/x2 - 1
Ce qui conduit encore à une forme indéterminée pour le premier terme 0/0
J'applique l'hospital:
F'(0)= [ex+xex-ex]/2x - 1
     = [xex]/2x -1
     = e[sup]x[/sup/2 - 1 = -1/2 comme coefficient directeur fe la tangent en (0,2)
Ce qui est bien la ligne noire du graphisme.

Posté par
LeHibou
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 11:08

Effectivement, merci bamboum, l'Hospital est LA solution en Terminale...

Sur l'aspect historique, c'est Jean Bernoulli (il faut bien préciser le prénom, car c'était toute une famille de matheux), voir la section correspondante dans ce lien :

Et sur la famille des Bernoulli :

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 11:10

... Oui ; sauf que l'Hospital n'est "en principe" pas vu je crois en Terminale (en France)

Posté par
sloreviv
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 11:43

Bonjour
je confirme Littleguy ( 11;10) je pense que ce sujet est extrait d'autres questions avec encadrer exp(x)-x-1par x²/2 et x²/2+x^3/6 ( ordre pas pareil selon le signe de x) pour conclure que la lim cherchee est -0.5

Posté par
sloreviv
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 11:57

enfin ca doit etre\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}\leq e^x-1-x\leq \frac{x^2}{2} si x<0

et \frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}\leq e^x-1-x\leq \frac{x^2+x^3}{2}si x>0

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 12:01

Bonjour sloreviv

Tu as sans doute raison ; cette question ne devait pas être isolée, mais précédée d'autres permettant de conclure.

cornelia93 nous le dira peut-être ...

Posté par
sloreviv
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 12:05

Quelqu'un aurait il des precisions sur ce L'hopital (naissance, lieu ) car dans ma ville il y a des rues avec ce nom  ( prenom: Michel??)

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 12:08

Normal, il est né dans le "63" :

Posté par
sloreviv
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 12:08

c'est bon Wikipedia m'a repondu  c'est la meme famille! par contre je ne savais pas que la regle de L'H. etait en fait un travail de J.Bernoulli

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 12:11

Mais ce n'est pas le même... :

Posté par
sloreviv
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 13:56

la derniere ligne de mon msg de 11.57 est a prendre sur [0;ln(3)] pour eviter de dire des betises.

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 14:40

Avant de démontrer que f est dérivable en O, je devait juste donner son domaine de définition.
Donc du coup si j'ai bien compris, le nombre dérivé en 0 est -1/2 et non -1?

Posté par
cailloux Correcteur
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 15:16

Bonjour,

On peut "bricoler":

montrer qu\'une fonction est dérivable en 0

On considère les deux points M et M' de la courbe d' abscisses x et -x

On calcule ensuite le coefficient directeur de la corde (MM'):

a(x)= \frac{1}{2e^x}\,\left(\frac{e^x-1}{x}\right)^2-1

On considère -c' est là où on "bricole"- que le coefficient directeur de la tangente au point T(0,2) est la limite du coefficient directeur de la corde (MM') quand x_to 0

et \lim_{x\to 0}a(x)=-\frac{1}{2}

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 16:21

Ah pas mal comme méthode

Merci à tous pour cet exercice:D

Posté par
cailloux Correcteur
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 16:25

Il n' est pas sûr que ce soit une méthode valable pour prouver que f est dérivable en 0.

J' aimerais bien que les autres intervenants se prononcent...

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 16:51

Bonjour cailloux

Ton approche me fait penser à l'approche de la vitesse instantanée par les physiciens (voir ). Le lien me semble bien expliquer la "nuance" entre les deux approches "mathématique" et "physique".

Et je ne vois toujours rien de "mieux".

cornelia93 : d'où est issu ton exercice ?

Posté par
cailloux Correcteur
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 16:55

Bonjour littleguy,

Ah oui, ça y ressemble beaucoup!

Merci pour le lien

Posté par
Labo
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 17:10

Bonjour cailloux
Bonjour littleguy,
idem pour le coût marginal

Posté par
cailloux Correcteur
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 17:31

Re bonjour Labo,

Je crois que ce n' est pas tout à fait la même chose.

Dans le lien donné par Littleguy, apparait la notion de dérivée symétrique avec ceci:

Si f est dérivable en a , alors elle admet une dérivée symétrique en a.

Et la réciproque semble fausse.

Ce qui fait qu' avec la méthode employée au dessus (qui revient au calcul d' un "nombre dérivé symétrique" en 0), il est seulement prouvé que f admet une dérivée symétrique en 0 mais pas qu' elle est dérivable en 0.

Au mieux, c' est juste une méthode permettant de calculer une limite un peu tordue avec des moyens de Terminale.

Cette méthode est proposée dans le sujet de Bac Réunion 2007 (Exercice 3): Bac S - La Réunion - Juin 2007

Posté par
Labo
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 17:53

  Bonjour  cailloux
merci pour ta réponse et  pour l'énoncé...

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 17:58

Mon exercice est issu d'une annale pour un concours de la fonction publique

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 13-06-10 à 21:57

> cornelia93

Je ne connais le niveau de mathématiques exigé pour le concours en question. Bac ? Bac+1 ? Est-ce un concours "pour matheux" ou "généraliste" ?

Cela peut dépendre aussi de l'année au cours de laquelle il a été posé (les programmes ont évolué)

Un petit lien utile sur l'île (dû à Nicolas_75) pour d'autres limites : limite d'une fonction en 0

A toi de voir dans les différentes réponses de ce topic (donnant -1/2) ce qui te convient le mieux...

Posté par
cornelia93
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 09:15

Le niveau en mathématique n'était pas indiqué, mais par contre il y avait le programme en maths :
· notions sur les ensembles ;
· opérations élémentaires sur les ensembles ;
· relations binaires, applications, fonctions ;
· puissance et notions d'exposant ;
· extensions de la notion d'exposant ;
· notions sommaires sur l'inverse de l'exponentiation et le passage aux logarithmes ;
· progressions arithmétiques et géométriques ; intérêts composés ;
· fonction puissance ;
· fonctions exponentielles et logarithmiques ;
· fonctions numériques d'une variable réelle ;
· étude des variations d'une fonction, dérivées, notation différentielle. Formule des accroissements finis;
· intégrales simples : interprétation géométrique ;
· suites numériques, séries numériques : séries à termes positifs, séries titleernées, séries entières,
développements en séries entières ;
· maximums et minimums;
· algèbre linéaire

Mais j'ai fais cet exercice c'était il avait l'air de ressembler au sujets types bac sur les analyse de fonctions.

Posté par
thiblepri
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:13

Bonjour à tous,

Heureux de constater que A320 a compris où était son erreur.

J'ai peut-être une solution mais je ne vais pas tout rédiger parce que c'est un peu lourd.


Alors:

Soit:

4$ g(x)=\frac{-x^2}{2}-\frac{x^3}{3}

4$ f(x)=e^x-1-x-x^2

4$ h(x)=\frac{-x^2}{2}+\frac{x^3}{3}



Bon c'est ça que je prouve pas (ça se fait en dérivant trois ou quatre fois la fonction différence)

Si x<0: 4$ g(x)>f(x)>h(x)

Si x=0: 4$ g(x)=f(x)=h(x)=0

Si x>0: 4$ g(x)<f(x)<h(x)

Donc:

Pour tout x<0: 4$ \frac{g(x)}{x^2}>\frac{f(x)}{x^2}>\frac{h(x)}{x^2}

Pour tout x>0: 4$ \frac{g(x)}{x^2}<\frac{f(x)}{x^2}<\frac{h(x)}{x^2}


Donc:

Pour tout x<0: 4$ \frac{\frac{-x^2}{2}-\frac{x^3}{3}}{x^2}>\frac{e^x-1-x-x^2}{x^2}>\frac{\frac{-x^2}{2}+\frac{x^3}{3}}{x^2}

Pour tout x>0: 4$ \frac{\frac{-x^2}{2}-\frac{x^3}{3}}{x^2}<\frac{e^x-1-x-x^2}{x^2}<\frac{\frac{-x^2}{2}+\frac{x^3}{3}}{x^2}

Donc:

Pour tout x<0: 4$ \frac{-1}{2}-\frac{x}{3}>\frac{e^x-1-x-x^2}{x^2}>\frac{-1}{2}+\frac{x}{3}

Pour tout x>0: 4$ \frac{-1}{2}-\frac{x}{3}<\frac{e^x-1-x-x^2}{x^2}<\frac{-1}{2}+\frac{x}{3}


Puis théorème des gendarmes. Et ça marche la dérivée est bien:

f'(0)=\frac{-1}{2}

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:29

oui thiblepri, mais cornelia93 n'a aucune aide dans son exercice et doit le traiter "brut" et le "programme" du concours est un peu vague (la méthode que tu indiques nécessite une certaine familiarité pour introduire les fonctions auxiliaires que tu indiques).

merci d'avoir répondu

Posté par
thiblepri
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:32

Euh ouais... Mais à un niveau terminale un peu poussé, je pense que c'est ce qu'on peut attendre, non?

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:37

"un peu poussé", comme tu dis

Posté par
thiblepri
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:44

En même temps, l'exercice n'est pas vraiment simple... Et à mon avis la question est consécutive à quelques autres, non?

Posté par
trivisteamis
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:46

Il faut le voir !

trivisteamis, tout aussi mystérieux que littleguy.

Au faite, bonjour littleguy et à tout le monde aussi.

Posté par
littleguy
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:50

Non. Juste l'ensemble de définition (c'est pour ça que je te précisais qu'il fallait "tout lire" : regarde les posts d'hier entre 11:43 et 14:40)

Posté par
thiblepri
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 14:54

Ouais, donc chaud! J'avais tout lu en diagonale

Donc à part ma proposition... Je vois pas de truc simple.

Posté par
trivisteamis
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 15:07

Bon les gars je fais le juge. Qui est l'accusé ? Et la partie civile ?

Posté par
thiblepri
re : montrer qu'une fonction est dérivable en 0 14-06-10 à 15:10

Y'a aucun souci :d

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