Terminale Spé Maths / Chapitre 5 : Fonction logarithme / Annales du bac
Bac 2023, Métropole : exercice 2
On considère la fonction définie sur l'intervalle par
où désigne la fonction logarithme népérien.
On admet que la fonction est deux fois dérivable sur .
On note la courbe représentative de la fonction dans un repère orthogonal et la courbe représentative de la fonction , fonction dérivée de la fonction .
La courbe est donnée ci-dessous ainsi que son unique tangente horizontale (T).

Par lecture graphique, avec la précision que permet le tracé ci-dessus, donner :
le coefficient directeur de la tangente à au point d'abscisse 1.
le plus grand intervalle sur lequel la fonction est convexe.
Calculer la limite de la fonction en .
Calculer . Interpréter graphiquement ce résultat.
Montrer que la courbe coupe l'axe des abscisses en deux points exactement dont on précisera les coordonnées.
Montrer que pour tout réel appartenant à .
En déduire, en justifiant, le tableau de variations de la fonction sur .
On note la dérivée seconde de et on admet que pour tout réel appartenant à , .
Déterminer par le calcul le plus grand intervalle sur lequel la fonction est convexe et préciser les coordonnées du point d'inflexion de la courbe .
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Question 1. a)
Le coefficient directeur de la tangente à au point d'abscisse est le nombre dérivé .
La courbe représente la fonction : est l'ordonnée du point de d'abscisse .
Par lecture graphique, ce point a pour ordonnée .
Donc le coefficient directeur de la tangente à au point d'abscisse est .
Réponse : .
Question 1. b)
La fonction est convexe sur un intervalle si et seulement si sa dérivée est croissante sur cet intervalle.
Sur le graphique, la courbe est décroissante jusqu'au point où elle admet la tangente horizontale (T), puis croissante après ce point. Ce point a une abscisse d'environ (trait pointillé).
Donc est croissante sur environ, et ne l'est pas sur un intervalle plus grand.
Donc, par lecture graphique, le plus grand intervalle sur lequel est convexe est environ .
Réponse : environ .
Question 2. a)
Pour tout , posons . Alors pour .
On a , donc quand .
Or et . Par produit de limites :
Par limite d'une composée, .
Donc .
Réponse : .
Question 2. b)
On a .
Donc .
Le facteur tend vers et le facteur tend vers . Par produit de limites :
Interprétation graphique : la courbe admet pour asymptote verticale la droite d'équation , c'est-à-dire l'axe des ordonnées.
Donc (avec ), et l'axe des ordonnées est asymptote verticale à .
Réponse : asymptote verticale d'équation .
Question 3.
Les points d'intersection de avec l'axe des abscisses ont pour abscisses les solutions de sur .
Un produit de facteurs est nul si et seulement si l'un des facteurs est nul :
On résout chaque équation :
.
Ces deux solutions sont bien dans et sont les seules.
Donc la courbe coupe l'axe des abscisses en exactement deux points : et .
Question 4. a)
La fonction est dérivable sur . Posons et , dérivables sur , avec et .
D'après la formule :
On met au même dénominateur :
Donc, pour tout , .
Question 4. b)
Pour tout , on a et . Donc a le même signe que .
On a
Donc :
pour : est strictement croissante sur
pour : est strictement décroissante sur .
La valeur au maximum est .
D'après les questions 2. a) et 2. b), et .
Donc le tableau de variations de est : croît de (en ) jusqu'à son maximum sur , puis décroît de jusqu'à (en ) sur .
Question 5.
On admet que, pour tout , .
Pour tout , et . Donc a le même signe que .
On a
Donc sur et sur .
La fonction est convexe sur un intervalle où . Donc est convexe sur , et concave sur . Le plus grand intervalle de convexité est donc . Comme , ce résultat est cohérent avec la lecture graphique de la question 1. b).
La dérivée seconde s'annule en en changeant de signe (négative avant, positive après) : la courbe admet un point d'inflexion d'abscisse .
Son ordonnée est .
Donc est convexe sur , et le point d'inflexion de est le point .
Réponse : convexe sur point d'inflexion .
Points clés attendus
Question 1 : la lecture graphique porte sur (courbe de ) : pour le coefficient directeur, croissance de pour la convexité de .
Question 2 : lever la forme indéterminée en 2. a) par factorisation, citer le produit et la composée de limites.
Question 3 : résoudre par un produit nul, en précisant les deux points.
Question 4 : détailler la dérivée d'un produit et justifier le signe de avec la stricte croissance de l'exponentielle.
Question 5 : relier le signe de à la convexité, et reconnaître le point d'inflexion à son changement de signe.
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 5 : Fonction logarithme : le cours · exercices type bac corrigés
- Chapitre 4 : Dérivation et convexité : le cours · exercices type bac corrigés
- Chapitre 2 : Limites de fonctions : le cours · exercices type bac corrigés
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (Métropole, 12 septembre 2023 (jour 2)), 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.
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