Terminale S - Fonction exponentielle

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Terminale S - Fonction exponentielle
Fonction exponentielle
I) Définition de la fonction exponentielle
1) Théorème 1:
● Il existe une unique fonction 𝒇 dérivable sur ℝ telle que :
Pour tout nombre 𝒙, 𝒇′ (𝒙) = 𝒇(𝒙), et 𝒇(𝟎) = 𝟏
● Cette fonction est appelée fonction exponentielle.
On la note 𝒆𝒙𝒑.
Démonstration exigible:
● L’existence d’une telle fonction est admise.
● Démontrons l’unicité d’une telle fonction :
Soit 𝑓 une fonction dérivable sur ℝ telle que 𝑓 β€² = 𝑓 et 𝑓(0) = 1
β–ͺ
Montrons d’abord que pour tout nombre réel 𝒙, 𝒇(𝒙) β‰  𝟎
Soit π‘˜ la fonction définie sur ℝ par : π‘˜(π‘₯) = 𝑓(π‘₯) × π‘“ (βˆ’π‘₯)
π‘˜ β€² (π‘₯) = (𝑓(π‘₯) × π‘“(βˆ’π‘₯))β€² = 𝑓′(π‘₯) × π‘“(βˆ’π‘₯) βˆ’ 𝑓(π‘₯) × π‘“β€²(βˆ’π‘₯) = 𝑓(π‘₯) × π‘“(βˆ’π‘₯) βˆ’ 𝑓 (π‘₯) × π‘“(βˆ’π‘₯) = 0
(puisque ’ = 𝑓 )
Donc π’Œ est une fonction constante
Or π‘˜(0) = 𝑓 (0) × π‘“(0) = 1
Donc pour tout π‘₯ de ℝ, π‘˜(π‘₯) = 1
Donc pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑓(π‘₯) × π‘“(βˆ’π‘₯) = 1
𝑓(π‘₯) β‰  0 car s’il existait un réel π‘Ž tel que 𝑓(π‘Ž) = 0 alors on aurait :
𝑓(π‘Ž) × π‘“(βˆ’π‘Ž) = 0 ce qui est impossible puisque 𝑓(π‘Ž) × π‘“(βˆ’π‘Ž) = 1 donc 𝑓(π‘₯) β‰  0
β–ͺ
Montrons maintenant l’unicité d’une telle fonction :
Soit 𝑔 une fonction différente de 𝑓 telle que 𝑔 soit aussi une fonction dérivable sur ℝ avec
𝑔′ = 𝑔 et 𝑔(0) = 1
Soit β„Ž(π‘₯) =
𝑓(π‘₯)
𝑔(π‘₯)
𝑓 et 𝑔 sont définies et dérivables sur ℝ. 𝑔 ne s’annule jamais donc β„Ž est définie et
dérivable sur ℝ
β„Žβ€™(π‘₯) =
𝑓′ (π‘₯)×𝑔(π‘₯)βˆ’π‘“(π‘₯)𝑔′(π‘₯)
𝑔²(π‘₯)
=
𝑓(π‘₯)×𝑔(π‘₯)βˆ’π‘“(π‘₯)𝑔(π‘₯)
Donc la fonction β„Ž est constante
β„Ž(π‘₯) =
𝑓(π‘₯)
𝑔(π‘₯)
=
𝑓(0)
𝑔(0)
=
1
1
=1
𝑔²(π‘₯)
= 0 puisque 𝑓 β€² = 𝑓 et 𝑔′ = 𝑔
Donc pour tout π‘₯ de ℝ,
𝑓(π‘₯)
= 1, donc pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑓(π‘₯) = 𝑔(π‘₯)
𝑔(π‘₯)
Ce qui prouve que 𝑓 et 𝑔 sont identiques. Ce qui prouve l’unicité de la fonction 𝑓.
2) Conséquences immédiates
● La fonction exponentielle 𝒆𝒙𝒑 : 𝒙 ⟼ 𝐞𝐱𝐩(𝒙) est définie et dérivable
sur ℝ et (𝒆𝒙𝒑)’ = 𝒆𝒙𝒑 et 𝒆𝒙𝒑(𝟎) = 𝟏
● Pour tout nombre 𝒙, 𝒆𝒙𝒑(𝒙) β‰  𝟎 et 𝒆𝒙𝒑(βˆ’π’™) =
𝟏
𝒆𝒙𝒑(𝒙)
Démonstration :
On sait que : 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) est définie et dérivable sur ℝ, (𝑒π‘₯𝑝)’ = 𝑒π‘₯𝑝 et 𝑒π‘₯𝑝(0) = 1 par
définition.
● Démontrons que pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) β‰  0 et 𝑒π‘₯𝑝(βˆ’π‘₯) =
1
π‘₯
Soit 𝑓 la fonction définie sur ℝ par : 𝑓(π‘₯) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) × π‘’π‘₯𝑝(βˆ’π‘₯)
𝑓 β€² (π‘₯) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) × π‘’π‘₯𝑝 (βˆ’π‘₯))β€² = 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) × π‘’π‘₯𝑝(βˆ’π‘₯) βˆ’ 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) × π‘’π‘₯𝑝(βˆ’π‘₯) = 0
Donc 𝒇 est une fonction constante
Or 𝑓(0) = 𝑒π‘₯𝑝(0) × π‘’π‘₯𝑝(0) = 1
Donc pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑓(π‘₯) = 1
Donc pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) × π‘’π‘₯𝑝(βˆ’π‘₯) = 1
Comme 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) β‰  0 (nous l’avons démontré précédemment)
alors en divisant par 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯) on obtient :
pour tout 𝒙 de ℝ, 𝒆𝒙𝒑(βˆ’π’™) =
𝟏
𝒆𝒙𝒑(𝒙)
II) Propriétés de la fonction exponentielle
1) Théorème 2:
Pour tous nombres réels 𝒂 et 𝒃 𝒆𝒙𝒑(𝒂 + 𝒃) = 𝒆𝒙𝒑(𝒂) × π’†π’™π’‘(𝒃)
Démonstration :
Soit π‘Ž un nombre réel et β„Ž(π‘₯) =
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž+π‘₯)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
La fonction β„Ž est définie et dérivable sur ℝ.
β„Žβ€²(π‘₯) =
𝑒π‘₯𝑝′ (π‘Ž+π‘₯)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
de plus β„Ž(0) =
=
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž+π‘₯)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž+0)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
=
= β„Ž(π‘₯)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
=1
on a donc : β„Žβ€² = β„Ž et β„Ž(0) = 1 . Or d’après le théorème 1 il existe une unique fonction telle
que β„Žβ€² = β„Ž et β„Ž(0) = 1 qui est : β„Ž(π‘₯) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯)
donc pour tout π‘₯ de ℝ :
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž+π‘₯)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
= 𝑒π‘₯𝑝(π‘₯)
on obtient donc : 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž + π‘₯) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž) × π‘’π‘₯𝑝(π‘₯)
En particulier pour π‘₯ = 𝑏:
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž + 𝑏) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž) × π‘’π‘₯𝑝(𝑏)
2) Théorème 3:
Pour tous nombres 𝒂 et 𝒃 réels 𝒆𝒙𝒑(𝒂 βˆ’ 𝒃) =
𝒆𝒙𝒑(𝒂)
𝒆𝒙𝒑(𝒃)
Démonstration :
Pour tous nombres π‘Ž et 𝑏 réels,
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž βˆ’ 𝑏 + 𝑏) et 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž βˆ’ 𝑏 + 𝑏) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž βˆ’ 𝑏) × π‘’π‘₯𝑝(𝑏) en utilisant la propriété
précédente.
On a donc : 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž βˆ’ 𝑏) × π‘’π‘₯𝑝(𝑏) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
Comme 𝑒π‘₯𝑝(𝑏) β‰  0 alors on peut diviser par 𝑒π‘₯𝑝(𝑏)
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž βˆ’ 𝑏) =
𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž)
𝑒π‘₯𝑝(𝑏)
Théorème 4:
Pour tout nombre 𝒂 réel et pour tout entier relatif 𝒏 : 𝒆𝒙𝒑(𝒏𝒂) = (𝒆𝒙𝒑(𝒂))𝒏
Démonstration :
● Démontrons tout d’abord cette égalité par récurrence dans le cas où 𝑛 est un entier
naturel :
Pour tout entier naturel 𝑛, notons 𝑃𝑛 la proposition: 𝑒π‘₯𝑝(π‘›π‘Ž) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))𝑛
P1 est vraie. En effet lorsque 𝑛 = 1 on obtient : 𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))1
Supposons que pour un entier 𝒏 quelconque fixé on ait 𝑃𝑛 vraie c’est-à-dire :
𝑒π‘₯𝑝(π‘›π‘Ž) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))𝑛
alors exp((𝑛 + 1)π‘Ž) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘›π‘Ž + π‘Ž) = 𝑒π‘₯𝑝(π‘›π‘Ž) × exp(π‘Ž) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))𝑛 × exp(π‘Ž) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))𝑛+1
Ce qui implique que Pn+1 est vraie
On a donc démontré le caractère héréditaire de cette propriété.
On peut donc conclure que la proposition est vraie pour tout entier naturel 𝑛 (non nul).
Donc pour tout entier naturel 𝒏: 𝑒π‘₯𝑝(π‘›π‘Ž) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))𝑛
● Démontrons maintenant cette égalité pour 𝑛 < 0 :
Posons π‘š = βˆ’π‘› (π‘š > 0)
𝑒π‘₯𝑝(π‘›π‘Ž) = 𝑒π‘₯𝑝(βˆ’π‘šπ‘Ž) =
1
𝑒π‘₯𝑝(π‘šπ‘Ž)
=
1
(𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))π‘š
= (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))βˆ’π‘š = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))𝑛
● Nous avons donc montré que pour tout entier relatif : 𝑒π‘₯𝑝(π‘›π‘Ž) = (𝑒π‘₯𝑝(π‘Ž))𝑛
III) Nouvelle notation de la fonction exponentielle
On pose e = 𝒆𝒙𝒑 (1)
Une calculatrice indique e β‰ˆ 2,718281828
Conséquences :
D’après le théorème 4, pour tout entier relatif 𝑛, 𝑒π‘₯𝑝(𝑛) = ((𝑒π‘₯𝑝(1))𝑛
On étend cette égalité à l’ensemble des nombres réels
On a donc :
Pour tout nombre 𝒙, 𝒆𝒙𝒑(𝒙) = 𝒆𝒙
On le lit : « exponentielle de 𝒙 » ou « e exposant π‘₯ »
D’où les notations simplifiées :
● π’†πŸŽ = 𝟏 et π’†πŸ = 𝒆
Pour tout nombre 𝒂 et 𝒃:
● 𝒆𝒂+𝒃 = 𝒆𝒂 × π’†π’ƒ
𝟏
● π’†βˆ’π’‚ = 𝒂
𝒆
𝒆𝒂
● π’†π’‚βˆ’π’ƒ = 𝒃
𝒆
Pour tout nombre 𝒙 et pour tout entier relatif 𝒏,
● (𝒆𝒙 )𝒏 = 𝑒 𝑛π‘₯
IV fonction exponentielle
1) Variation de la fonction exponentielle
Théorème 5:
Pour tout nombre réel 𝒙, 𝒆𝒙 > 0
Démonstration :
Pour tout nombre réel π‘₯, 𝑒 π‘₯ =
π‘₯
π‘₯
𝑒 2×2 = (𝑒 2 ) 2 β‰₯ 0
Donc 𝑒 π‘₯ β‰₯ 0
Comme 𝑒 π‘₯ β‰  0 alors pour tout réel π‘₯, 𝑒 π‘₯ > 0
Théorème 6:
La fonction exponentielle est strictement croissante sur ℝ.
Démonstration:
Pour tout nombre réel π‘₯, (𝑒 π‘₯ )’ = 𝑒 π‘₯
Or pour tout réel π‘₯, 𝑒 π‘₯ > 0
Ainsi, la fonction exponentielle est strictement croissante sur ℝ.
Conséquences importantes:
Pour tout nombres 𝒂 et 𝒃 :
● 𝒂 < 𝒃 équivaut à 𝒆𝒂 < 𝒆𝒃
● 𝒂 = 𝒃 équivaut à 𝒆𝒂 = 𝒆𝒃
Ces deux équivalences résultent de la stricte croissance de la fonction exponentielle sur
ℝ.
Elles sont surtout utilisées lors de la résolution d’équations et d’inéquations comme dans
les exemples ci-dessous :
Exemple 1: Résolvez l’équation suivante : 𝑒 3βˆ’π‘₯ = 1
Cette équation équivaut à : 𝑒 3βˆ’π‘₯ = 𝑒 0
qui est équivalente à l’équation : 3 βˆ’ π‘₯ = 0
Donc π‘₯ = 3
Cette équation a pour solution 3.
Exemple 2: Résolvez l’inéquation suivante : 𝑒 2π‘₯ < 𝑒 π‘₯
Cette inéquation est équivalente à l’inéquation : 2π‘₯ < π‘₯
qui est équivalente à: π‘₯ < 0
L’ensemble des solutions de cette inéquation est : ]βˆ’βˆž ; 0]
Exemple 3: Résolvez l’équation suivante : 𝑒 2π‘₯ βˆ’ 2𝑒 π‘₯ = βˆ’1
Cette équation est équivalente à :
(𝑒 π‘₯ )2 βˆ’ 2𝑒 π‘₯ + 1 = 0
Posons 𝑿 = 𝒆𝒙 on obtient l’équation :
𝑋 2 βˆ’ 2𝑋 + 1 = 0
(𝑋 βˆ’ 1)² = 0
Donc :
𝑋= 1
On obtient donc :
𝑒π‘₯ = 1
c’est-à-dire
𝑒 π‘₯ = 𝑒0
qui a pour solution : 𝒙 = 𝟎
Cette équation a pour solution 0
2) Limites à l’infini de la fonction exponentielle
Théorème 7:
● π₯𝐒𝐦 𝒆𝒙 = +∞
𝒙→+∞
● π₯𝐒𝐦 𝒆𝒙 = 𝟎
π’™β†’βˆ’βˆž
Démonstration exigible:
● Tout d’abord démontrons que lim 𝑒 π‘₯ = +∞ en utilisant le théorème de comparaison,
π‘₯β†’+∞
en comparant les fonctions : π‘₯ ↦ 𝑒 π‘₯ et π‘₯ ↦ π‘₯
Pour cela étudions la fonction 𝑓 définie et dérivable sur ℝ par 𝑓(π‘₯) = 𝑒 π‘₯ – π‘₯
𝑓′(π‘₯) = 𝑒 π‘₯ – 1
Pour 𝒙 β‰₯ 𝟎
𝑒 π‘₯ β‰₯ 𝑒 0 (car la fonction exponentielle est croissante)
soit 𝑒 π‘₯ β‰₯ 1 et donc 𝑒 π‘₯ – 1 β‰₯ 0 et donc 𝑓′(π‘₯) β‰₯ 0
Donc 𝒇 est croissante pour 𝒙 β‰₯ 𝟎
Pour 𝒙 ≀ 𝟎 𝑒 π‘₯ ≀ 𝑒 0 (car la fonction exponentielle est croissante)
soit 𝑒 π‘₯ ≀ 1 et donc 𝑒 π‘₯ – 1 ≀ 0 et donc 𝑓′(π‘₯) ≀ 0
Donc 𝒇 est décroissante pour 𝒙 ≀ 𝟎
On obtient donc le tableau de variation de 𝑓 ci-dessous :
π‘₯
0
βˆ’βˆž
𝑓′(π‘₯)
+∞
0
βˆ’
𝑓(π‘₯)
+
1
La fonction 𝑓 admet 1 comme minimum
Par conséquent pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑓(π‘₯) β‰₯ 1 à fortiori, pour tout π‘₯ de ℝ 𝑓(π‘₯) > 0
Pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑒 π‘₯ – π‘₯ > 0 soit pour tout 𝒙 de ℝ, 𝒆𝒙 > 𝒙
Comme lim π‘₯ = +∞ alors d’après le théorème de comparaison: π₯𝐒𝐦 𝒆𝒙 = +∞
π‘₯↦+∞
𝒙↦+∞
● Maintenant démontrons que lim 𝑒 π‘₯ = 0
π‘₯β†’βˆ’βˆž
Pour cela, posons 𝑦 = βˆ’π‘₯
Lorsque π‘₯ tend vers βˆ’βˆž alors 𝑦 tend vers +∞
Ainsi, 𝑒 π‘₯ = 𝑒 βˆ’π‘¦ =
1
𝑒𝑦
Or, lim 𝑒 𝑦 = +∞ donc lim
𝑦↦+∞
𝑦↦+∞
1
= 0. Ce qui prouve que π₯𝐒𝐦 𝒆𝒙
𝑒𝑦
π’™β†’βˆ’βˆž
=0
3) Tableau de variation et courbe représentative de la
fonction exponentielle
a) Tableau de variation :
Les résultats précédents nous permettent d’écrire:
π‘₯
βˆ’βˆž
0
1
+∞
+
𝑓′(π‘₯)
+∞
𝑒
𝑓(π‘₯)
1
0
b) Courbe représentative de la fonction exponentielle
Remarque :
lim 𝑒 π‘₯ = 0 L’axe des abscisses est une asymptote horizontal à π’ž en βˆ’βˆž
π‘₯β†’βˆ’βˆž
c) Limites importantes
Théorème 8:
● π₯𝐒𝐦
𝒆𝒙 βˆ’πŸ
𝒙
𝒙→ 𝟎
𝒆𝒙
● π₯𝐒𝐦
𝒙→+∞ 𝒙
=𝟏
= +∞
● π₯𝐒𝐦 𝒙 𝒆𝒙 = 𝟎
π’™β†’βˆ’βˆž
Démonstration :
● La fonction exponentielle est dérivable en 0 et exp’(0) = 1 et exp(0) = 1
lim
𝑒 π‘₯ βˆ’1
π‘₯ ⟼0
π‘₯
= lim
π‘₯ ⟼0
𝑒π‘₯𝑝(0 + π‘₯) βˆ’ 𝑒π‘₯𝑝(0)
π‘₯βˆ’0
C’est la limite lorsque π‘₯ tend vers 0, du taux d’accroissement de la fonction exponentielle
entre 0 et 0 + π‘₯ on a donc :
lim
π‘₯ ⟼0
𝑒π‘₯𝑝(0 + π‘₯) βˆ’ 𝑒π‘₯𝑝(0)
π‘₯βˆ’0
= 𝑒π‘₯𝑝’(0) = 1
On obtient donc : lim
π‘₯ ⟼0
𝑒 π‘₯ βˆ’1
π‘₯
=1
● Démontrons que lim
𝑒π‘₯
π‘₯β†’+∞ π‘₯
= +∞ en utilisant le théorème de comparaison, en
comparant les fonctions : π‘₯ ↦ 𝑒 π‘₯ et π‘₯ ↦
π‘₯²
2
Pour cela étudions la fonction 𝑓 définie et dérivable sur ℝ par 𝑓(π‘₯) = 𝑒 π‘₯ –
π‘₯²
2
π‘₯
𝑓′(π‘₯) = 𝑒 – π‘₯
Or, pour tout nombre π‘₯: 𝑒 π‘₯ > π‘₯ (vu dans la démonstration du théorème 7)
Donc pour tout π‘₯ de ℝ, 𝑓 β€² (π‘₯) > 0
La fonction 𝑓 est strictement croissante sur ℝ, avec 𝑓(0) = 1
π‘₯
0
βˆ’βˆž
+∞
+
𝑓′(π‘₯)
1
𝑓(π‘₯)
Ainsi pour tout nombre π‘₯ strictement positif, 𝑓(π‘₯) > 1 > 0
Ce qui prouve que tout π‘₯ strictement positif 𝑒 π‘₯ –
non nul puisque strictement positif)
𝑒π‘₯
π‘₯
>
Or,
π‘₯²
2
> 0, soit en divisant par π‘₯ ( qui est
π‘₯
2
π‘₯
𝑒π‘₯
= +∞ donc d’après le théorème des comparaisons : lim
= +∞
π‘₯ ⟼ +∞ 2
π‘₯ ⟼ +∞ π‘₯
lim
● Maintenant démontrons que lim π‘₯𝑒π‘₯ = 0
π‘₯β†’βˆ’βˆž
Pour cela, posons 𝑦 = βˆ’π‘₯
Lorsque π‘₯ tend vers βˆ’βˆž alors 𝑦 tend vers +∞
Ainsi, 𝑒 π‘₯ = 𝑒 βˆ’π‘¦ =
1
𝑒𝑦
et donc: π‘₯𝑒 π‘₯ = βˆ’
𝑦
𝑒𝑦
Or nous venons de démontrer que: lim
𝑦↦+∞
A fortiori on a donc : lim βˆ’
𝑦↦+∞
𝑦
=0
𝑒𝑦
Ce qui prouve que π₯𝐒𝐦 π‘₯𝑒 π‘₯ = 0
π’™β†’βˆ’βˆž
𝑒𝑦
𝑦
= +∞ on obtient donc : lim
𝑦↦+∞
𝑦
=0
𝑒𝑦
V) Etude de la fonction : 𝒆𝒖(𝒙)
● Soit 𝒖 une fonction dérivable sur un intervalle I alors la fonction
𝒇 définie sur l’intervalle I par 𝒇(𝒙) = 𝒆𝒖(𝒙) est dérivable sur I et on
a:
𝒇′ (𝒙) = 𝒖′(𝒙) 𝒆𝒖(𝒙)
● Comme la fonction exponentielle est strictement positive alors
le signe de la dérivée dépend du signe de la fonction 𝒖′
● Comme la fonction exponentielle est strictement croissante
alors d’après le théorème des fonctions composées le sens de
variations de 𝒇 est le même que celui de 𝒖.
● Pour tout 𝒙 de I 𝒆𝒖(𝒙) > 𝒖(𝒙)
C’est une application directe du théorème de dérivation des fonctions composées.
Exemples :
Exemple 1 : Soit 𝑓 la fonction définie sur ℝ par 𝑓(π‘₯) =
𝑒 3π‘₯
2 βˆ’5π‘₯+1
Soit 𝑒 la fonction définie sur ℝ par 𝑒(π‘₯) = 3π‘₯ 2 βˆ’ 5π‘₯ + 1
Dans notre exemple 𝑓(π‘₯) = 𝑒 𝑒(π‘₯)
Etudions les variations de 𝑒 :
𝑒′ (π‘₯) = 6π‘₯ βˆ’ 5
𝑒′ (π‘₯) = 0 pour π‘₯ =
𝑓
β€² (π‘₯)
5
6
𝑒′ (π‘₯) β‰₯ 0 pour π‘₯ β‰₯
5
6
et
𝑒′ (π‘₯) ≀ 0 pour π‘₯ ≀
5
6
2
= (6π‘₯ βˆ’ 5) 𝑒3π‘₯ βˆ’5π‘₯+1
Comme
𝑒 3π‘₯
2 βˆ’5π‘₯+1
est strictement positive alors le signe de 𝑓’ dépend de celui de 𝑒’
On obtient le tableau de variation suivant :
π‘₯
5
βˆ’βˆž
𝑒’(π‘₯)
+∞
6
0
βˆ’
+
+∞
+∞
𝑒(π‘₯)
βˆ’
Sachant que
π‘₯
13
12
lim 𝑒 π‘₯ = +∞ on obtient le tableau de variation de la fonction 𝑓:
π‘₯ ⟼ +∞
βˆ’βˆž
5
6
+∞
+∞
+∞
𝑓(π‘₯)
13
𝑒 βˆ’12
Les courbes représentatives de fonctions 𝑒 et 𝑓 sont :
Exemple 2 : Soit 𝑓 la fonction définie sur ℝ par 𝑓(π‘₯) =
Soit 𝑒 la fonction définie sur ℝ \ {0} par 𝑒(π‘₯) =
Dans notre exemple 𝑓(π‘₯) = 𝑒
1
𝑒π‘₯
1
π‘₯
𝑒(π‘₯)
Etudions les variations de 𝑒 :
𝑒′ (π‘₯) = βˆ’
1
π‘₯²
𝑒′ (π‘₯) < 0
𝑓 β€² (π‘₯) = βˆ’
Comme
1
π‘₯²
1
𝑒π‘₯
1
𝑒 π‘₯ est strictement positive alors le signe de 𝑓’ dépend de celui de 𝑒’
On obtient le tableau de variation suivant :
π‘₯
0
βˆ’βˆž
+∞
βˆ’
𝑒’(π‘₯)
βˆ’
0
+∞
𝑒(π‘₯)
0
βˆ’βˆž
Sachant que
lim 𝑒 π‘₯ = 0 , que
π‘₯ ⟼ βˆ’βˆž
variation de la fonction 𝑓:
π‘₯
lim 𝑒 π‘₯ = +∞ et que lim 𝑒 π‘₯ = 1, on obtient le tableau de
π‘₯ ⟼ +∞
π‘₯⟼0
0
βˆ’βˆž
1
+∞
+∞
𝑓(π‘₯)
0
1
Les courbes représentatives de fonctions 𝑒 et 𝑓 sont :