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Première Spé Maths / Chapitre 3 : Dérivation

Fiche 3 : dérivées et tangentes, problèmes

Six exercices pour résoudre les problèmes de tangentes :

  • tangente et tangentes horizontales d'une fonction polynôme ;
  • tangente parallèle à une droite donnée ;
  • position relative d'une courbe et de sa tangente ;
  • problèmes de vitesse et de coût marginal ;
  • détermination de coefficients ;
  • dérivabilité en 00 de la racine carrée et de la valeur absolue.

Un septième exercice, hors programme, est placé en fin de fiche pour aller plus loin : les tangentes issues d'un point extérieur à la courbe.

Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend d'une bonne copie :

  • l'abscisse du point de contact est nommée (aa) quand elle est inconnue ;
  • la condition de l'énoncé est traduite en équation sur aa ;
  • les solutions sont vérifiées ;
  • la conclusion donne les équations demandées, avec l'unité pour un problème concret.

💡 Le modèle de rédaction d'une tangente parallèle à une droite

« La droite dd a pour coefficient directeur mdm_d.

La tangente en aa est parallèle à dd si et seulement si f′(a)=mdf'(a)=m_d.

On résout cette équation d'inconnue aa, puis on écrit l'équation de la tangente en trois temps : f(a)f(a), f′(a)f'(a), équation. »

  • Compare avec le coefficient directeur de dd, pas avec son ordonnée à l'origine.
  • Résous, puis écris toutes les tangentes trouvées : il peut y avoir plusieurs points.
  • Vérifie ta solution en recalculant la pente.

⚠️ Les pièges classiques

  • Comparer f′(a)f'(a) avec l'ordonnée à l'origine de la droite au lieu de son coefficient directeur.
  • S'arrêter à une solution alors que l'équation f′(a)=mf'(a)=m en a plusieurs.
  • Étudier la position relative sans factoriser la différence : le signe devient illisible.
  • Oublier d'écrire l'unité dans une phrase de conclusion (m/s, euros).

😄 Oublier l'unité, c'est répondre « 30 » à « combien ça coûte ? » : le correcteur te demandera « 30 quoi ? ».


Exercice 1 (★★) : une cubique et ses tangentes

Soit f(x)=x3−3x2+2f(x)=x^3-3x^2+2 sur R\R et Cf\mathcal C_f sa courbe.

1. Calculer f′(x)f'(x) et la factoriser.

2. Déterminer l'équation de la tangente TT à Cf\mathcal C_f au point d'abscisse 11.

3. Déterminer les points de Cf\mathcal C_f où la tangente est horizontale, et les équations de ces tangentes.

✏️ Correction de l'exercice 1

Question 1

f′(x)=3x2−6xf'(x)=3x^2-6x.

✅ f′(x)=3x(x−2)f'(x)=3x(x-2)

Question 2

f(1)=1−3+2=0f(1)=1-3+2=0 et f′(1)=3×1×(1−2)=−3f'(1)=3\times1\times(1-2)=-3.

y=f′(1)(x−1)+f(1)=−3(x−1)+0y=f'(1)(x-1)+f(1)=-3(x-1)+0

✅ TT a pour équation y=−3x+3y=-3x+3.

Question 3

La tangente est horizontale si et seulement si f′(x)=0f'(x)=0, c'est-à-dire 3x(x−2)=03x(x-2)=0 : x=0x=0 ou x=2x=2.

f(0)=2f(0)=2 et f(2)=8−12+2=−2f(2)=8-12+2=-2.

✅ Au point (0 ;2)(0\,;2), la tangente a pour équation y=2y=2 ; au point (2 ;−2)(2\,;-2), elle a pour équation y=−2y=-2.


Exercice 2 (★★) : tangente parallèle à une droite

Soit f(x)=x2−4x+5f(x)=x^2-4x+5 et dd la droite d'équation y=2x+1y=2x+1.

1. Déterminer l'abscisse du point de Cf\mathcal C_f où la tangente est parallèle à dd.

2. Donner l'équation de cette tangente.

✏️ Correction de l'exercice 2

Question 1

Deux droites non verticales sont parallèles si et seulement si elles ont le même coefficient directeur. Celui de dd est 22.

f′(x)=2x−4f'(x)=2x-4, donc f′(x)=2  ⟺  2x−4=2  ⟺  x=3f'(x)=2\iff2x-4=2\iff x=3.

✅ La tangente est parallèle à dd au point d'abscisse 33.

Question 2

f(3)=9−12+5=2f(3)=9-12+5=2 et f′(3)=2f'(3)=2.

y=2(x−3)+2y=2(x-3)+2

✅ La tangente a pour équation y=2x−4y=2x-4.

Les deux droites ont la même pente mais pas la même ordonnée à l'origine (−4≠1-4\neq1) : elles sont parallèles et distinctes.


Exercice 3 (★★★) : position d'une courbe par rapport à sa tangente

Dans chaque cas, on étudie la position d'une courbe par rapport à sa tangente.

1. Soit f(x)=x2−2x+3f(x)=x^2-2x+3 et TT la tangente à Cf\mathcal C_f au point d'abscisse 22. Déterminer TT, puis étudier la position relative de Cf\mathcal C_f et de TT.

2. Soit g(x)=x3g(x)=x^3 et T′T' la tangente à Cg\mathcal C_g au point d'abscisse 11. Déterminer T′T', vérifier que g(x)−(3x−2)=(x−1)2(x+2)g(x)-(3x-2)=(x-1)^2(x+2), puis étudier la position relative de Cg\mathcal C_g et de T′T'.

✏️ Correction de l'exercice 3

Question 1

f(2)=4−4+3=3f(2)=4-4+3=3 et f′(x)=2x−2f'(x)=2x-2, donc f′(2)=2f'(2)=2.

TT : y=2(x−2)+3=2x−1y=2(x-2)+3=2x-1.

✅ TT : y=2x−1y=2x-1

Pour étudier la position, on étudie le signe de f(x)−(2x−1)f(x)-(2x-1) :

f(x)−(2x−1)=x2−2x+3−2x+1=x2−4x+4=(x−2)2f(x)-(2x-1)=x^2-2x+3-2x+1=x^2-4x+4=(x-2)^2

Un carré est positif ou nul, et nul seulement pour x=2x=2.

✅ Cf\mathcal C_f est au-dessus de TT, avec un seul point commun : le point d'abscisse 22.

Question 2

g(1)=1g(1)=1 et g′(x)=3x2g'(x)=3x^2, donc g′(1)=3g'(1)=3.

T′T' : y=3(x−1)+1=3x−2y=3(x-1)+1=3x-2.

✅ T′T' : y=3x−2y=3x-2

Vérification : (x−1)2(x+2)=(x2−2x+1)(x+2)=x3+2x2−2x2−4x+x+2=x3−3x+2=g(x)−(3x−2)(x-1)^2(x+2)=(x^2-2x+1)(x+2)=x^3+2x^2-2x^2-4x+x+2=x^3-3x+2=g(x)-(3x-2) ✓.

Le facteur (x−1)2(x-1)^2 est positif ou nul : le signe de g(x)−(3x−2)g(x)-(3x-2) est celui de x+2x+2, sauf en x=1x=1 où il s'annule.

xx −∞-\infty −2-2 11 +∞+\infty
x+2x+2 −- 00 ++ ++
(x−1)2(x-1)^2 ++ ++ 00 ++
g(x)−(3x−2)g(x)-(3x-2) −- 00 ++ 00 ++

✅ Cg\mathcal C_g est au-dessus de T′T' sur [−2 ;+∞[[-2\,;+\infty[ et en dessous sur ]−∞ ;−2]]-\infty\,;-2] : la tangente T′T' recoupe la courbe au point d'abscisse −2-2.


Exercice 4 (★★) : vitesse et coût marginal

Partie A. Un ballon est lancé verticalement.

Sa hauteur, en mètres, à l'instant tt (en secondes, avec 0≤t≤40\le t\le4) est h(t)=−5t2+20t+1,5h(t)=-5t^2+20t+1{,}5.

La vitesse instantanée à l'instant tt est le nombre dérivé h′(t)h'(t), en m/s.

1. Calculer h′(t)h'(t).

2. Calculer la vitesse du ballon aux instants t=1t=1 et t=3t=3, et interpréter les signes.

3. À quel instant la vitesse est-elle nulle ? Quelle est alors la hauteur du ballon ?

Partie B. Le coût de fabrication, en euros, de qq objets est C(q)=0,5q2+10q+200C(q)=0{,}5q^2+10q+200.

4. Calculer C′(20)C'(20) et interpréter le résultat.

5. Calculer C(21)−C(20)C(21)-C(20) et comparer avec C′(20)C'(20).

✏️ Correction de l'exercice 4

Question 1

hh est un polynôme : h′(t)=−10t+20h'(t)=-10t+20.

✅ h′(t)=−10t+20h'(t)=-10t+20

Question 2

h′(1)=−10+20=10h'(1)=-10+20=10 et h′(3)=−30+20=−10h'(3)=-30+20=-10.

✅ À t=1t=1 s, le ballon monte à 1010 m/s. À t=3t=3 s, il descend à 1010 m/s (une vitesse négative signifie que la hauteur diminue).

Question 3

h′(t)=0  ⟺  −10t+20=0  ⟺  t=2h'(t)=0\iff-10t+20=0\iff t=2.

h′(t)>0h'(t)>0 pour t<2t<2 (le ballon monte) et h′(t)<0h'(t)<0 pour t>2t>2 (il descend).

h(2)=−5×4+40+1,5=21,5h(2)=-5\times4+40+1{,}5=21{,}5.

✅ À t=2t=2 s, la vitesse est nulle : le ballon est à son point le plus haut, à 21,521{,}5 m.

Question 4

C′(q)=q+10C'(q)=q+10, donc C′(20)=30C'(20)=30.

✅ Fabriquer le 21e21^{\text{e}} objet coûte environ 3030 €.

Question 5

C(21)=0,5×441+210+200=630,5C(21)=0{,}5\times441+210+200=630{,}5 et C(20)=0,5×400+200+200=600C(20)=0{,}5\times400+200+200=600.

C(21)−C(20)=30,5C(21)-C(20)=30{,}5.

✅ Le coût réel du 21e21^{\text{e}} objet est 30,530{,}5 € : C′(20)=30C'(20)=30 en est une très bonne approximation (écart de 0,50{,}5 €).


Exercice 5 (★★★) : déterminer des coefficients

On cherche une fonction f(x)=ax2+bx+cf(x)=ax^2+bx+c dont la courbe passe par A (0 ;1)A\,(0\,;1) et B (1 ;4)B\,(1\,;4) et telle que la tangente en BB ait pour coefficient directeur 55.

1. Traduire les trois conditions par trois équations.

2. Déterminer aa, bb et cc.

3. Donner l'équation de la tangente en BB.

✏️ Correction de l'exercice 5

Question 1

A∈CfA\in\mathcal C_f : f(0)=1f(0)=1, donc c=1c=1.

B∈CfB\in\mathcal C_f : f(1)=4f(1)=4, donc a+b+c=4a+b+c=4.

Comme f′(x)=2ax+bf'(x)=2ax+b, la pente de la tangente en BB est f′(1)=2a+b=5f'(1)=2a+b=5.

✅ c=1c=1, a+b+c=4a+b+c=4 et 2a+b=52a+b=5

Question 2

Avec c=1c=1, la deuxième équation devient a+b=3a+b=3.

On soustrait : (2a+b)−(a+b)=5−3(2a+b)-(a+b)=5-3, donc a=2a=2, puis b=3−2=1b=3-2=1.

✅ f(x)=2x2+x+1f(x)=2x^2+x+1

Vérification : f(0)=1f(0)=1 ✓, f(1)=4f(1)=4 ✓, f′(1)=4+1=5f'(1)=4+1=5 ✓.

Question 3

y=f′(1)(x−1)+f(1)=5(x−1)+4y=f'(1)(x-1)+f(1)=5(x-1)+4

✅ La tangente en BB a pour équation y=5x−1y=5x-1.


Exercice 6 (★★★) : dérivabilité en 00

1. Pour h>0h>0, calculer le taux de variation de f(x)=xf(x)=\sqrt x entre 00 et hh. Que se passe-t-il quand hh tend vers 00 ? Interpréter graphiquement.

2. Pour g(x)=∣x∣g(x)=|x|, calculer le taux de variation entre 00 et hh pour h>0h>0 puis pour h<0h<0. La fonction gg est-elle dérivable en 00 ?

✏️ Correction de l'exercice 6

Question 1

f(h)−f(0)h=hh=1h\dfrac{f(h)-f(0)}h=\dfrac{\sqrt h}h=\dfrac1{\sqrt h}.

Pour h=0,1h=0{,}1 ; 0,010{,}01 ; 0,0010{,}001 on trouve environ 3,23{,}2 ; 1010 ; 31,631{,}6 : le taux grandit sans limite.

✅ ff n'est pas dérivable en 00 : la courbe a une tangente verticale à l'origine.

Question 2

Pour h>0h>0 : ∣h∣h=1\dfrac{|h|}h=1. Pour h<0h<0 : ∣h∣h=−hh=−1\dfrac{|h|}h=\dfrac{-h}h=-1.

Les deux taux ont des limites différentes (11 à droite, −1-1 à gauche).

✅ gg n'est pas dérivable en 00 : la courbe présente un point anguleux.


Pour aller plus loin, hors programme

L'exercice ci-dessous dépasse les capacités attendues en Première : le programme demande l'équation de la tangente en un point donné. Il n'apparaît ni dans le QCM ni dans la liste de ce qui peut tomber en contrôle.

Exercice 7 (★★★) : tangentes issues d'un point

Le point P (1 ;−3)P\,(1\,;-3) n'appartient pas à la parabole P\mathcal P d'équation y=x2y=x^2.

1. Soit aa un réel. Écrire l'équation de la tangente TaT_a à P\mathcal P au point d'abscisse aa.

2. Pour quelles valeurs de aa la tangente TaT_a passe-t-elle par PP ?

3. En déduire les équations des tangentes à P\mathcal P qui passent par PP.

✏️ Correction de l'exercice 7

Question 1

Pour f(x)=x2f(x)=x^2 : f(a)=a2f(a)=a^2 et f′(a)=2af'(a)=2a.

TaT_a : y=2a(x−a)+a2=2ax−2a2+a2y=2a(x-a)+a^2=2ax-2a^2+a^2

✅ TaT_a : y=2ax−a2y=2ax-a^2

Question 2

TaT_a passe par P (1 ;−3)P\,(1\,;-3) si et seulement si −3=2a×1−a2-3=2a\times1-a^2, c'est-à-dire a2−2a−3=0a^2-2a-3=0.

Le discriminant vaut Δ=4+12=16\Delta=4+12=16, donc a=2−42=−1a=\dfrac{2-4}2=-1 ou a=2+42=3a=\dfrac{2+4}2=3.

✅ TaT_a passe par PP pour a=−1a=-1 et pour a=3a=3.

Question 3

Pour a=3a=3 : y=6x−9y=6x-9. Pour a=−1a=-1 : y=−2x−1y=-2x-1.

Vérification : 6×1−9=−36\times1-9=-3 ✓ et −2×1−1=−3-2\times1-1=-3 ✓.

✅ Il y a deux tangentes à P\mathcal P passant par PP : y=6x−9y=6x-9 et y=−2x−1y=-2x-1.


🎯 Ce qui peut tomber en contrôle

  • Tangentes horizontales et tangente en un point donné (exercice 1).
  • Tangente parallèle à une droite (exercice 2).
  • Position relative d'une courbe et de sa tangente (exercice 3).
  • Un problème concret avec interprétation et unité (exercice 4), ou des coefficients à déterminer (exercice 5).
  • Une fonction dérivable ou non en 00 (exercice 6).

QCM : vérifie tes acquis

5 questions, une seule bonne réponse chacune. Choisis une réponse : la correction s'affiche tout de suite. Ton score est enregistré dans Mon espace.

Question 1 sur 5

La tangente à la parabole d'équation y=x2y=x^2 au point d'abscisse 22 a pour équation :

Question 2 sur 5

Pour f(x)=x3−3xf(x)=x^3-3x, les tangentes horizontales sont aux points d'abscisse :

Question 3 sur 5

La tangente à Cf\mathcal C_f au point d'abscisse aa est parallèle à la droite d'équation y=3x+5y=3x+5 si :

Question 4 sur 5

Un ballon a pour hauteur h(t)=−5t2+20th(t)=-5t^2+20t (en mètres, tt en secondes). Sa vitesse à t=1t=1 est :

Question 5 sur 5

Le coût de fabrication de qq objets est C(q)=q2+4qC(q)=q^2+4q. Le coût marginal C′(10)C'(10) vaut :

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

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