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Niveau terminale
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Problème 2

Posté par
beugg
21-04-17 à 12:06

Bonjour

J'aurais besoin d'aide pour cet exercice.
Merci de me guider à résoudre ce problème, chers amis

L'énoncé :
A

Soit g(x)=(1+\frac{1}{x})e^{\frac{1}{x}}+1
1. Étudier les variations de g
2. En déduire le signe de g(x).

B

On considère la fonction f définie par :
f(x)=\frac{x}{1+e^{\frac{1}{x}}}   si   x < 0
 \\ 
 \\ f(x)=x+|\frac{2x+1}{x-1}|  
si x 0

1. Vérifier que f est définie sur R \{1} et étudier la continuité de f en 0.
2. Étudier la dérivabilité de f en 0 .Interpréter géométriquement ces résultats .
3. a) Calculer lim f(x) -\frac{x}{2} (x --> - ).Que peut-on en déduire graphiquement ?
b) Donner la nature de la branche infinie de la courbe de f en + .
4. Étudier la position de la courbe de f par rapport à son asymptote oblique ∆ en + sur ]0; 1[U ]1; +[.
5. a) Calculer f'(x) et préciser le signe de f'(x) sur ]- ; 0[ à l'aide de la partie A)
b) Donner le tableau de variation de f .
6. Soit h la restriction de f sur ]- ; 0]. h est-elle bijective de ]-; 0] sur un intervalle J à préciser ?
7. Tracer la courbe de f (unité 2cm) dans un repère orthonormé (O,i,j).
8. a) Déterminer les réels a et b tels que : \frac{x}{(2x+1)(x-1)}= \frac{a}{2x+1}+\frac{b}{x-1}
b) Soit un réel tel que 1< < 2 .Déterminer l'aire A() du domaine délimité par la courbe de f ,l'asymptote ∆ et les droites d'équations : x=   et x= 2
c) Calculer lim A() (--> 1)

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 12:33

bonjour

je peux t'aider pour la partie A

qu'as-tu déjà fait ?
je suppose que le domaine d'étude est R*
tu as dérivé la fonction g et fait le tableau de variation ?
pour la question 2) étudie les limites aux bornes

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 13:53

Merci carita pour votre réponse

1/

J'ai trouvé :

g'(x)= \frac{-e^{1/x}(2+ 1/x)}{x^2}

Donc g'(x) < 0 sur ]-;0[

Lim g(x)= 1 (x-->-00)

Lim g(x)= -00 (x--> 0-)

Est-il juste ?

Merci

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 14:03

1/
ok pour la dérivée, que tu peux aussi écrire  g'(x)= \frac{-(2x+ 1) e^{1/x}}{x^3}

en revanche le reste est faux

tu ne parles pas de ce qui se passe pour x>0... quel est le domaine d'étude demandé par l'énoncé, stp ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 14:21

C'est R \{0}

Plutôt
g est croissante sur ]-00; 0[ et décroissante sur ]0; +00[ ?

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 14:24

non
cherche la racine de g'(x) : résous g'(x) = 0

ok pour le domaine de définition

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 14:33

OK
Dans ce cas ,

e1/x= -2x

1/x = ln(-2x). ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 14:34

Avec x 0

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 14:38



g'(x) = 0 2x+1=0

rappel :  x,   ex >0


ensuite, étudie le signe de g'(x) - tu peux faire un tableau de signes si tu veux.

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 19:49

Oui !

Sur ]-00; -1/2] , g est croissante et décroissante sur [-1/2; +00[ \{0}  ?

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 20:27

trace la fonction g sur géogébra,
tu pourras constater que tu as fait erreur sur les signes de g'.
tu as fait un tableau de signes pour la dérivée ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 20:53

Oui je me trompe

Sur ]-00; -1/2] , g est décroissante et croissante sur [-1/2; +00[ \ {0} ?

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 21:02

Sur ]-; -1/2] , g est décroissante ----- oui

et croissante sur [-1/2; +[ \ {0} ? ----- non
==>  le signe de g'(x) est en effet positif sur [-1/2 ; 0[, mais négatif sur ]0;+[

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 21:15

Je ne vois pas mon erreur

e1/x >0 partout dans R

x= -1/2

On fait le produit et on obtient ces résultats d'après le tableau

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 21:38

beugg @ 21-04-2017 à 21:15


e1/x >0 partout R


Pardon, étourdie !

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 21:41

ton tableau de signes pour g'(x) doit ressembler à peu près à ça
reste à en déduire la variation de g

\begin{array} {|c|cccccccc||} x & -\infty & & -1/2 & & 0 & & +\infty & \\ \hline {2x+1} & & - & 0 & + & || & + & & \\ {- e^{1/x}} & & - & & - & || & - & & \\ {x^3} & & - & & - & || & + & & \\ \hline {g'(x)} & & - & 0 & + & || & - & & \\ \hline \end{array}

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 22:00

J'ai vu mon erreur !

OK merci

Sur ]-00; -1/2]U]0;+00[ , g est décroissante et croissante sur [-1/2; 0[

C'est ce que j'avais vu avec ma calculatrice ...

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 22:04

ok
pour la suite, calcule les limites de g(x) aux bornes :  -, 0-, 0+, +
ainsi que g(-1/2)

tu pourras en déduire que g(x) > 0 sur Dg
(ce que confirme le tracé de Cg)

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 22:08

OK si on tombe sur e1/0= e0 ?

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 22:12

waouh !! tu réalises ce que tu as écrit ?  
==> lorsque x tend vers 0-, 1/x tend vers quoi ?
"tend vers" ne signifie pas que c'est égal

montre le détail de tes calculs si tu bloques sur certaines limites.

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 22:23

Lim g(x)= -00 (x->-00)

Les calculs :

e(1/x)= elnx=x , x ]0; +00[

Lim g(x)= lim ((x+1)/(x))*x+1=-00 (x --> -00)

C'est bon ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 22:28

Lim g(x)= +00 (x->+00)

Lim g(x)= 2 (x->0-ou 0+)

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 22:32

Plutôt

Lim g(x) (x->0+)= -00 ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 22:33

Je sais que ces ne sont cohérentes

Posté par
carita
re : Problème 2 21-04-17 à 22:40

désolée, toutes ces limites sont fausses; regarde Cg, pour vérifier.

je te montre pour la limite en -

lorsque x  -->  -
alors 1/x  --> 0-       ==>    1+1/x --> 1
et e1/x  --> 1
donc

\lim_{x\to -\infty} g(x) = 1*1+1 = 2

je te laisse faire les autres : contrôle tes réponses avec le graphique.
je reviens te lire demain
a+

Posté par
beugg
re : Problème 2 21-04-17 à 22:49

OK bonne soirée

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 00:33

Lorsque x --> +00, g(x)= 2

Lorsque x --> 0-, g(x) = 1

Lorsque x --> 0+, g(x)= +00

Ces deux dernières limites ne sont pas justifiées par mes calculs !

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 00:34

En effet Cg est positive dans Dg

Posté par
alb12
re : Problème 2 22-04-17 à 09:55

salut,
je n'interviens que pour conserver l'enonce. Bonne continuation.

Posté par
alb12
re : Problème 2 22-04-17 à 10:01

la limite en plus l'infini suffit pour trouver le signe
inutile de chercher les autres limites

Posté par
carita
re : Problème 2 22-04-17 à 10:03

pour la limite vers 0-
une façon de faire :  

regarde dans le cours, tu dois avoir en théorème (croissances comparées) :   \lim_{x\to -\infty} x e^x = 0  
si oui, pose X = 1/x  ==> vers quoi tend X ?... tu essaies ?


pour la limite vers 0+
elle n'est pas très difficile : montre le détail de ton raisonnement (cf message 22h40)

Posté par
carita
re : Problème 2 22-04-17 à 10:11

bonjour alb12
ah oui, en effet!  avec l'image de -1/2. Merci !
pfff, quelle étourdie je suis :/

pour la partie B, à 2 mois du bac, je préfère laisser la main à ceux qui maitrisent mieux le sujet pour accompagner.


beugg, tu peux donc te dispenser de calculer les autres limites.
toutefois, ce serait bien que tu essaies de les faire quand même, pour t'entrainer, puisque tu les as commencées.

Posté par
alb12
re : Problème 2 22-04-17 à 17:23

ce genre de sujet ne tombera jamais au bac
ce n'est plus dans l'air du temps
c'est plutot pour se preparer au superieur j'imagine ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 21:30

Merci beaucoup carita c'est très de votre part : smiley:

Hello alb12

Pourtant non ,chez nous ce genre de l'épreuve qui sort au bac ; il était même un sujet de bac

Posté par
alb12
re : Problème 2 22-04-17 à 21:40

Dans quel pays ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 21:42

Sénégal

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 21:53

beugg @ 21-04-2017 à 12:06

Bonjour
une rectification pour une faute de frappe !
L'énoncé :
A

Soit g(x)=(1+\frac{1}{x})e^{\frac{1}{x}}+1
1. Étudier les variations de g
2. En déduire le signe de g(x).

B

On considère la fonction f définie par :
f(x)=\frac{x}{1+e^{\frac{1}{x}}}   si   x < 0
 \\ 
 \\ f(x)=x+{\red{ln}}|\frac{2x+1}{x-1}|  
si x 0

1. Vérifier que f est définie sur R \{1} et étudier la continuité de f en 0.
2. Étudier la dérivabilité de f en 0 .Interpréter géométriquement ces résultats .
3. a) Calculer lim f(x) -\frac{x}{2} (x --> - ).Que peut-on en déduire graphiquement ?
b) Donner la nature de la branche infinie de la courbe de f en + .
4. Étudier la position de la courbe de f par rapport à son asymptote oblique ∆ en + sur ]0; 1[U ]1; +[.
5. a) Calculer f'(x) et préciser le signe de f'(x) sur ]- ; 0[ à l'aide de la partie A)
b) Donner le tableau de variation de f .
6. Soit h la restriction de f sur ]- ; 0]. h est-elle bijective de ]-; 0] sur un intervalle J à préciser ?
7. Tracer la courbe de f (unité 2cm) dans un repère orthonormé (O,i,j).
8. a) Déterminer les réels a et b tels que : \frac{x}{(2x+1)(x-1)}= \frac{a}{2x+1}+\frac{b}{x-1}
b) Soit un réel tel que 1< < 2 .Déterminer l'aire A() du domaine délimité par la courbe de f ,l'asymptote ∆ et les droites d'équations : x=   et x= 2
c) Calculer lim A() (--> 1)

Posté par
alb12
re : Problème 2 22-04-17 à 22:17

je comprends mieux car la precedente fonction n'etait pas continue en 0
Heureusement c'est un logiciel qui me fait les calculs
Jamais en france on ne donnerait ce sujet

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 22:18

OK pour continuer

Lorsque x tend vers 0-

On pose X= 1/x

Quand X rend vers -00

Lim g(x)= Lim eX+ XeX+1= 1

Lorsque x tend vers 0+

Lim g(x)= lim (1+1/x)e1/x+1=(1+00)(+00)+1= +00. ?

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 22:19

OK OK d'accord

Posté par
carita
re : Problème 2 22-04-17 à 22:38

bonsoir à tous

d'accord pour la limite en 0-
le résultat aussi est exact pour la limite en 0+
bravo
il me semble toutefois que l'écriture (1+00)(+00)+1  est incorrecte : à ne pas noter sur ta copie.

préfère détailler :
1/x tend vers +oo
et e1/x tend vers +oo
donc le produit tend vers... etc.

Posté par
beugg
re : Problème 2 22-04-17 à 23:35

OK ,
j'attaque la partie B

2/

Étudier la dérivabilité en 0 et interpréter

(f(x)-f(0))/ (x-0)= f(x)/x

Lorsque x tend vers 0-

lim f(x)= Lim \frac{\frac{x}{1+e^{1/x}}}{x}=  lim  \frac{x}{(1+e^{1/x})x}=  \frac{1}{1+e^{1/x}}= 0

C'est bon ?

Merci

Posté par
beugg
re : Problème 2 23-04-17 à 00:14

Lorsque x tend vers 0+

\frac{f(x)-f(0)}{x-0}=\frac{x+ln|\frac{2x+1}{x-1}|}{x}

Lim ln|(2x+1)/(x-1)| = ?

Lim (2x+1)/(x-1) = 2

Lim ln|(2x+1)/(x-1)|= lim  lnx (x->2)= ln2

Lim x =0 ==>

Lim (f(x)-f(0))/(x)= ln2/0=  +00 ?

Posté par
carita
re : Problème 2 23-04-17 à 09:13

bonjour beugg
juste pour le plaisir d'essayer le début, et sous réserve de confirmation par un autre intervenant.

2/ dérivabilité en 0 et interpréter

déjà préciser que f est continue en 0 (cf 1ère question)

à gauche :
lorsque x tend vers 0-, la limite de f(x)= 0
d'où
\dfrac{f(x)-f(0)}{x-0}=\dfrac{f(x)}{x}=   \dfrac{1}{1+e^{1/x}}

Lorsque x tend vers 0-
1/x tend vers -  donc e1/x tend vers ...?
donc
f'(0) = \lim_{x\to 0^-}  \dfrac{1}{1+e^{1/x}} = 1  
----

à droite :
\frac{f(x)-f(0)}{x-0}=\frac{x+ln|\frac{2x+1}{x-1}|}{x}

Lim |(2x+1)/(x-1)| = 2  ----> ça tend vers +1
Lim ln|(2x+1)/(x-1)|= ln2  ---> non ça tend vers ln(1), soit 0
d'où une   FI  0/0

ce que j'ai fait :  j'ai dérivé f(x),  puis calculé f'(0), et je trouve 4
et donc la fonction f n'est pas dérivable en 0
mais bon, pas mal de calculs, je ne suis pas sûre que ce soit la bonne méthode...

Posté par
beugg
re : Problème 2 23-04-17 à 12:28

Bonjourcarita et merci de vouloir bien m'aider

C'est exact !

Alors Cf admet ,au point A(0;0) ,1/2 tangente Tg: y= x et Td :y=4x

Pour 3.a) ,avez vous une méthode  pour la limite ? Merci

Posté par
carita
re : Problème 2 23-04-17 à 12:49

3a) ben non, je n'ai pas la méthode, je cherche encore, j'essaie plusieurs outils.
j'ai pensé aux développements limités, mais c'est trop ancien dans ma mémoire.

je sais juste que cette limite = -1/4
de quoi j'en déduis que y= x/2 -1/4 est asymptote oblique à Cf

mais pour la démo... :/
je reviens vers toi si je trouve qqchose
a+

Posté par
beugg
re : Problème 2 23-04-17 à 13:27

Très bien

La déduction !!

On pose X= 1/x => x= 1/X

Lorsque x tend vers -oo, X tend vers 0-

On a :

\frac{1}{X(1+e^X)}-\frac{1}{2X}
 \\ 
 \\ = \frac{1-e^X}{2X(1+e^X)}
 \\ 
 \\ = \frac{1-e^X}{X}*\frac{1}{2(1+e^X)}
 \\ 
 \\ = (-1)* (\frac{1}{4})= \frac{-1}{4}

D'où effectivement y= x/2  -1/4

Posté par
carita
re : Problème 2 23-04-17 à 13:54

Posté par
carita
re : Problème 2 23-04-17 à 14:37

sous réserve de confirmation

: y = x + ln2

f(x) = {{ln}}|\dfrac{2x+1}{x-1}| + ln(2)

Posté par
carita
re : Problème 2 23-04-17 à 14:40

oups, départ intempestif, je refais :

: y = x + ln2

pour la position relative de Cf et , étudier le signe de f(x)-(x+ln2)

i.e. le signe de  f(x) = {{ln}}|\dfrac{2x+1}{x-1}| - ln(2)

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