Terminale Spé Maths / Chapitre 4 : Dérivation et convexité / Annales du bac
Bac 2022, Nouvelle-Calédonie : exercice 2
Principaux domaines abordés : fonctions, fonction logarithme.
Soit la fonction définie sur l'intervalle par :
On admet que la fonction est deux fois dérivable sur .
On note sa dérivée, sa dérivée seconde et sa courbe représentative dans un repère.
Démontrer que, pour tout appartenant à , on a .
Déterminer une équation de la tangente à la courbe au point d'abscisse e.
Justifier que la fonction est convexe sur l'intervalle .
En déduire la position relative de la courbe et de la tangente .
Calculer la limite de la fonction en .
Démontrer que la limite de la fonction en est égale à .
Dresser le tableau de variations de la fonction sur l'intervalle .
Démontrer que l'équation admet une unique solution dans l'intervalle . On note cette solution.
Justifier que le réel appartient à l'intervalle ]4,3 4,4[.
En déduire le signe de la fonction sur l'intervalle .
On considère la fonction
seuilsuivante écrite dans le langage Python :On rappelle que la fonction
logdu modulemath(que l'on suppose importé) désigne la fonction logarithme népérien ln.def seuil(pas) : x=4.3 while x*log (x) - x - 2 < 0: x=x+pas return xQuelle est la valeur renvoyée à l'appel de la fonction
seuil(0.01)?Interpréter ce résultat dans le contexte de l'exercice.
Voir le corrigé
Question 1. a)
La fonction est dérivable sur (énoncé), et on la dérive comme somme de , de et d'une constante.
Le produit est de la forme avec et , dérivables sur , avec et .
D'après la formule , on a pour tout :
Donc, pour tout :
Donc, pour tout , .
Question 1. b)
L'équation de la tangente à au point d'abscisse est :
On calcule :
On calcule :
On obtient :
Donc la tangente à au point d'abscisse a pour équation .
Réponse : .
Question 1. c)
D'après la question 1. a), pour tout .
La fonction est dérivable sur , donc est dérivable et, pour tout :
Pour tout , on a , donc sur .
Une fonction deux fois dérivable dont la dérivée seconde est positive sur un intervalle est convexe sur cet intervalle.
Donc la fonction est convexe sur .
Question 1. d)
La fonction est convexe sur : sa courbe est donc située au-dessus de chacune de ses tangentes, en particulier au-dessus de .
De plus pour tout , donc la convexité est stricte : la courbe et la tangente n'ont en commun que le point d'abscisse .
Donc est située au-dessus de sur , avec un seul point commun, le point d'abscisse .
Réponse : est au-dessus de .
Question 2. a)
Pour , on a .
D'après le théorème des croissances comparées :
De plus :
Par somme de limites :
Donc la limite de en est .
Réponse : .
Question 2. b)
Pour tout , on factorise par :
On a , donc :
De plus .
Par produit de limites :
Puis, par somme avec la constante :
Donc la limite de en est .
Question 3.
Pour tout , . Son signe est celui de :
pour , , donc
pour , , donc .
On calcule la valeur au point où la dérivée s'annule :
On en déduit les variations de :
est strictement décroissante sur , de la limite (en ) à
est strictement croissante sur , de à la limite (en ).
Donc admet un minimum égal à , atteint en .
Question 4. a)
Sur . La fonction est strictement décroissante et tend vers en , donc pour tout on a , donc .
L'équation n'a donc aucune solution sur .
Sur . On vérifie les hypothèses du théorème des valeurs intermédiaires (corollaire pour les fonctions strictement monotones) :
est dérivable, donc continue, sur
est strictement croissante sur
et , donc est une valeur comprise entre et la limite en .
D'après ce théorème, l'équation admet une unique solution sur .
Comme il n'y a aucune solution sur , cette solution est la seule sur .
Donc l'équation admet une unique solution sur .
Question 4. b)
On calcule à la calculatrice :
La fonction est strictement croissante sur , qui contient , et .
Comme , la stricte croissance de donne :
Donc .
Question 4. c)
On sait que est strictement décroissante sur avec sur cet intervalle, et strictement croissante sur avec .
Pour :
Pour : (stricte croissance sur et ).
Donc est strictement négative sur , nulle en et strictement positive sur .
Question 5.
Dans la fonction seuil, la variable x vaut d'abord et augmente de à chaque tour de boucle, tant que .
On calcule les valeurs successives :
: la boucle continue,
xdevient: la boucle continue,
xdevient: la condition n'est plus vérifiée, la boucle s'arrête.
La fonction renvoie donc la valeur . Du fait de l'erreur d'arrondi sur les nombres flottants, Python affiche en réalité 4.319999999999999.
Interprétation : puisque et , on a . La valeur renvoyée est donc une valeur approchée par excès de à près.
Donc seuil(0.01) renvoie (à l'erreur d'arrondi flottant près), valeur approchée par excès à près de la solution de l'équation .
Réponse : .
Points clés attendus
Dérivée de par la formule , avec simplification complète.
Convexité justifiée par le signe de , puis position de la courbe par rapport à la tangente.
Limite en par croissances comparées limite en après factorisation.
Théorème des valeurs intermédiaires : continuité, stricte monotonie, signes aux bornes, puis unicité sur tout l'intervalle.
Exécution de l'algorithme terme à terme et interprétation comme encadrement de .
Corrigé rédigé par + qu'un prof. Cherche d'abord seul, puis compare avec ta propre rédaction.
Comment t'entraîner
Chronomètre-toi, rédige sur papier comme le jour du bac, puis seulement après regarde le cours. Si tu bloques sur une question, écris « on admet que… » et passe à la suivante.
Les autres exercices de ce sujet
Revoir le cours
- Chapitre 4 : Dérivation et convexité : le cours · exercices type bac corrigés
- Chapitre 5 : Fonction logarithme : le cours · exercices type bac corrigés
- Chapitre 3 : Continuité et TVI : le cours · exercices type bac corrigés
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Nouvelle-Calédonie, 27 octobre 2022), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.
Un doute sur un exercice ou sur ta méthode de rédaction ? On en parle ensemble, sans engagement.
Réserver un appel découverte