Terminale Spé Maths / Chapitre 4 : Dérivation et convexité / Annales du bac
Bac 2023, Métropole : exercice 4
On considère la fonction définie sur par
où ln désigne la fonction logarithme népérien.
On note sa courbe représentative dans un repère orthonormé .
La courbe est tracée ci-dessous.

Déterminer la limite de la fonction en .
Déterminer la limite de la fonction en .
Interpréter graphiquement ce résultat.
On admet que la fonction est dérivable sur et on note sa fonction dérivée.
Calculer puis montrer que, pour tout nombre réel , .
Dresser le tableau de variations complet de la fonction sur .
On note la tangente à la courbe en son point d'abscisse .
Déterminer une équation de la tangente .
Montrer que la fonction est convexe sur .
En déduire que, pour tout nombre réel , on a :
Pour tout nombre réel différent de 0, on note et les points de la courbe d'abscisses respectives et .
On a donc : et .
Montrer que, pour tout nombre réel , on a : .
En déduire que les droites et sont parallèles.
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Question 1. a)
On cherche .
Quand , on a . Par limite de la fonction exponentielle en ,
Par ailleurs . D'après le théorème sur la limite d'une composée, avec :
Donc la limite de en est .
Réponse : .
Question 1. b)
Quand , on a , donc
La fonction est continue en et . D'après le théorème sur la limite d'une composée, avec :
Interprétation graphique : la courbe admet pour asymptote horizontale, en , la droite d'équation (l'axe des abscisses).
Réponse : asymptote horizontale en .
Question 1. c)
On écrit avec . La fonction est dérivable sur et strictement positive sur , car . La fonction est dérivable sur . Donc est dérivable sur , et la formule de dérivation d'une composée donne .
Or . Donc, pour tout réel :
On multiplie le numérateur et le dénominateur par , qui est non nul :
Donc, pour tout réel , .
Question 1. d)
Pour tout réel , , donc . Comme le numérateur est strictement négatif, on a .
Donc est strictement décroissante sur .
Tableau de variations, décrit en phrases :
en , la limite de est (question 1. a)
est strictement décroissante sur , avec en particulier
en , la limite de est (question 1. b).
Donc décroît de à sur , sans s'annuler : pour tout réel , car .
Question 2. a)
La tangente à au point d'abscisse a pour équation .
On a
Donc a pour équation
Réponse : .
Question 2. b)
On écrit . La fonction est dérivable et strictement positive sur , donc est dérivable sur . En dérivant avec , dont la dérivée est , on obtient
Pour tout réel , et , donc .
Une fonction deux fois dérivable dont la dérivée seconde est positive est convexe. Donc est convexe sur .
Question 2. c)
La fonction est convexe sur (question 2. b) : sa courbe est située au-dessus de chacune de ses tangentes, en particulier au-dessus de .
Donc, pour tout réel , .
Question 3. a)
Pour tout réel , on a . Les deux quantités et sont strictement positives, donc on peut utiliser :
On factorise le numérateur : . Donc
Donc, pour tout réel , .
Question 3. b)
Soit . Les points et ont des abscisses distinctes (), donc la droite n'est pas verticale. Son coefficient directeur est
La tangente a pour coefficient directeur (question 2. a).
Deux droites non verticales qui ont le même coefficient directeur sont parallèles. Donc les droites et sont parallèles.
Points clés attendus
Limites obtenues par composition : citer la limite de la fonction exponentielle puis celle de (ou sa continuité en ), et interpréter la limite en comme une asymptote.
Dérivée d'une composée et justification de transformation de l'expression pour retrouver la forme demandée.
Signe de justifié par la positivité de avant de conclure sur les variations.
Convexité justifiée par le signe de , puis position de la courbe par rapport à sa tangente.
Calcul propre de avec les propriétés du logarithme, puis comparaison des coefficients directeurs.
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 2 : Limites de fonctions : le cours · exercices type bac corrigés
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (Métropole, 21 mars 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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