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Niveau terminale
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Problème fonctions

Posté par Profil muriellesym 04-12-19 à 18:32

Bonjour, j'ai le problème suivant :

Soit C, la courbe représentative de la fonction f définie pour x \in \mathbb{R^*} dans un R.O.N du plan par :

f(x) = \dfrac{1}{x\sqrt{3}}

Pour tout réel r > 0, on note \Gamma le cercle de centre \Omega(r;0) et de rayon r dans le même repère. Déterminer selon les valeurs du réel r le nombre de points d'intersection de C et de \Gamma

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 18:35

J'ai essayé de définir h(x) = f(x) - r = \dfrac{1}{x\sqrt{3}} - r et de la dériver pour obtenir ses variations. Le but étant de voir si elle s'annule pour trouver l'abscisse du point où il n'y aura qu'un unique point d'intersection h(x) = 0

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 18:37

Mais avec ça, je ne peut que prouver que cette solution existe avec le théorème de bijection et trouver un encadrement, mais pas de valeur exacte, ce qui est demandé.

Posté par
Iderden
re : Problème fonctions 04-12-19 à 18:45

Bonjour,

Ecris plutôt que y=/frac{1}{3/sqrt{x}} et écris l'équation cartésienne de ce cercle.

Tu obtiendras deux équations avec deux inconnues, x ety.

Posté par
Iderden
re : Problème fonctions 04-12-19 à 18:46

Mince :

y = \dfrac{1}{x\sqrt{3}}

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 18:52

ok donc y = \sqrt{r^2-(x-r)^2} pour le cercle

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 18:53

donc \dfrac{1}{x\sqrt{3}}= \sqrt{r^2-(x-r)^2}

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 18:54

Et donc \sqrt{r^2-(x-r)^2} - \dfrac{1}{x\sqrt{3}} = 0

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 19:43

c'est assez particulier avec 2 inconnues

Posté par
Pirho
re : Problème fonctions 04-12-19 à 20:53

Bonsoir,

tu es vraiment en terminale?

es-tu sûre que c'est bien l'énoncé posé?

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 21:18

Absolument

Posté par
Pirho
re : Problème fonctions 04-12-19 à 21:19

as-tu étudié la résolution de tel type d'équations?

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 21:24

Non mais je pense qu'on peut essayer d'étudier le signe de cette fonction selon r et puis trouver l'extremum pour ensuite étudier son signe (f(max) ou f(min) avec du x dedans) en fonction de x. Est-ce que ça vous paraît crédible ?

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 04-12-19 à 21:28

Cet exercice est probablement une sorte d'EPI haut niveau

Posté par
Pirho
re : Problème fonctions 04-12-19 à 21:45

je ne procéderais pas  tout à fait comme toi

(x-r)^2+y^2=r^2

x^2-2rx+y^2=0

soit à résoudre \begin{cases} x^2-2rx+y^2=0~~(1)& \\ y=\dfrac{1}{\sqrt{3}x}~~~~(2)& \end{cases}

en injectant y dans (1), on obtient

x^2-2rx+\dfrac{1}{3x^2}=0

3x^4-6rx^3+1=0~~(x\ne0)

avec r: paramètre

Posté par
vham
re : Problème fonctions 05-12-19 à 10:20

Bonjour,

On peut résoudre  r=\sqrt{\dfrac{1}{\sqrt{3}}} comme rayon d'un cercle tangent à l(hyperbole en ses sonmmets

Posté par
Pirho
re : Problème fonctions 05-12-19 à 10:27

Bonjour vham

je viens juste de déposer le sujet dans la rubrique site

Posté par
vham
re : Problème fonctions 05-12-19 à 10:29

Correctif : r=\sqrt{\dfrac{2}{\sqrt{3}}}

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 10:52

Bonjour,[[
On peut aussi poursuivre en étudiant la fonction g définie sur [0,+[ par g(x) = 3x^4-6rx^3+1
Après avoir remarqué que l'équation g(x) = 0 n'a pas de solution négative.

Posté par
vham
re : Problème fonctions 05-12-19 à 11:01

Bonjour,

Le changement d'axes (par rotation) est-il au programme ?
ici par rotation de /4
l'équation xy=1/3 devient X^2-Y^2=2/\sqrt{3}
d'où r limite pour Y=0

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 11:18

Bonjour vham,
Je trouve cercle et arc d'hyperbole tangents en A(1;1/3) avec r = 2/3.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 11:48

Bonjour,
je suis d'accord avec Sylvieg
l'étude de f(x) n'est pas difficile et conduit rapidement à cette solution, sans calculs trop affreux.

Posté par
Pirho
re : Problème fonctions 05-12-19 à 12:00

Bonjour à tous,

je savais aussi que l'étude de la fonction devait marcher mais mon problème était comment choisir et/ou faire varier r?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 12:06

Dresser le tableau de variation de la fonction g.
Elle présente un minimum sur [0,+[
Avec g(0), la limite en + et la valeur du minimum en fonction de r, on peut conclure.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 12:10

La limite n'est pas nécessaire. Il suffit de constater, par exemple, \;g(2r) > 0 .

Posté par
Pirho
re : Problème fonctions 05-12-19 à 12:22

merci

Posté par
mathafou Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 12:35

à mon avis la limite en +oo est instantané ce que n'est pas le calcul de g(2r)
et de toute façon inutile pour le tableau de variations et sa conclusion par rapport à l'unicité de la solution

Posté par
mathafou Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 12:38

en fait si, mais je maintiens que le "calcul" de la limite est préférable au calcul de g(2r)

Posté par
vham
re : Problème fonctions 05-12-19 à 17:32

Bonsoir,

Je suis hors course, j'avais lu "cercle de centre O et de rayon r..."
Je trouvais le problème un peu facile, Mille excuses !

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Problème fonctions 05-12-19 à 18:00

Moi aussi j'avais lu comme ça au début \;

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 06-12-19 à 13:02

Sylvieg @ 05-12-2019 à 10:52

Bonjour,[[
On peut aussi poursuivre en étudiant la fonction g définie sur [0,+[ par g(x) = 3x^4-6rx^3+1
Après avoir remarqué que l'équation g(x) = 0 n'a pas de solution négative.


Bonjour, je trouve cette idée très intéressante, mais comment avez-vous obtenu g(x) = 3x^4-6rx^3+1  ?

Merci

Posté par
Pirho
re : Problème fonctions 06-12-19 à 13:05

voir mon post du 04-12 à 21h45

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 06-12-19 à 13:05

Mais c'est vrai qu'ensuite il suffit de déterminer les variations du min de g(x) car le nombre de solutions dépend de son signe

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 06-12-19 à 13:07

Pirho @ 06-12-2019 à 13:05

voir mon post du 04-12 à 21h45


Merci

Posté par Profil muriellesymre : Problème fonctions 06-12-19 à 13:21

Ok, donc finalement, quand r > \dfrac{2}{3}, il y a 2 points d'intersection, and r = \dfrac{2}{3} il y a un unique point d'intersection, etc


Merci à tous pour votre aide

Posté par
mathafou Moderateur
re : Problème fonctions 06-12-19 à 14:09

oui, en ayant fait explicitement les calculs et détails de raisonnement qui ne sont pas écrits ici (dérivée, tableau de variations, valeur du minimum en fonction de r, TVI ...)
et pas seulement énoncer la conclusion

je ne résiste pas à donner une interprétation géométrique de cet exo
un peu hors programme vu qu'elle est basée sur la connaissance de propriétés géométriques de l'hyperbole

soit P un point quelconque d'une hyperbole, alors P est le milieu du segment délimité sur la tangente en P par les asymptotes (les axes pour les hyperboles y =k/x)
propriété qu'on trouve parfois en exercice
une fois cette propriété acquise (on va l'admettre) le reste est élémentaire

cherchons le cercle limite qui est tangent à cette hyperbole
c'est à dire que la tangente en T est commune au cercle et à l'hyperbole

Problème fonctions

on a donc TN = TM = TO (triangle rectangle)
d'autre part TΩ = OΩ (rayons) et (ΩT perpendiculaire à (MN) (tangente au cercle)
les triangles ΩNT et ΩNO sont donc isométriques (cas d'égalité des triangles rectangles hypoténuse et un côté de l'angle droit), et donc NT = NO

le triangle NOT est donc équilatéral, d'où les angles de 60° etc (et donc la valeur de r)
et on peut construire T comme intersection de l'hyperbole avec la droite à 30° (OT)



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