Terminale Spé Maths / Chapitre 4 : Dérivation et convexité / Annales du bac
Bac 2023, Nouvelle-Calédonie : exercice 2
On considère la fonction définie sur par:
On admet que est deux fois dérivable sur .
On note sa dérivée et sa dérivée seconde.
En remarquant que pour tout dans , on a
démontrer que la courbe possède une asymptote en dont on donnera une équation.Démontrer que pour tout réel appartenant à :
Dresser le tableau de variations de sur , sur lequel on fera figurer les valeurs aux bornes ainsi que la valeur exacte de l'extremum.
Déterminer, sur l'intervalle , le nombre de solutions de l'équation
On admet que pour tout appartenant à :
Étudier la convexité de la fonction sur l'intervalle .
Soit un réel appartenant à et A le point de la courbe d'abscisse .
On note la tangente à en A.
On note H le point d'intersection de la droite et de l'axe des ordonnées.
On note l'ordonnée de H.
La situation est représentée sur la figure ci-contre.

Démontrer qu'une équation réduite de la tangente est:
En déduire l'expression de .
Démontrer que est maximum lorsque A est un point d'inflexion de la courbe .
Les traces de recherche, même incomplètes ou infructueuses, seront valorisées.
Voir le corrigé
Question 1.
Pour tout , on a .
Pour , on peut écrire
D'après le théorème des croissances comparées,
Par passage à l'inverse (limite de l'inverse d'une fonction de limite infinie),
Donc la courbe admet, en , la droite d'équation (l'axe des abscisses) pour asymptote horizontale.
Réponse : asymptote horizontale d'équation en .
Question 2.
La fonction est le produit de et définies sur par et .
Ces deux fonctions sont dérivables sur et
(dérivée de avec , soit ).
D'après la formule , pour tout ,
Donc, pour tout , .
Question 3.
Pour tout réel , : le signe de est donc celui de .
Pour , on a , donc .
Pour , .
Pour , on a , donc .
Ainsi est strictement croissante sur et strictement décroissante sur .
Valeurs aux bornes et à l'extremum :
Tableau de variations : passe de (en ) à (en ) en croissant, puis décroît de vers quand tend vers .
Donc admet un maximum sur , atteint en , égal à .
Question 4.
On a , donc
Sur l'intervalle : la fonction est continue (car dérivable) et strictement croissante, avec et . Le réel appartient à .
D'après le théorème des valeurs intermédiaires (corollaire pour les fonctions continues et strictement monotones), l'équation admet une unique solution dans .
Sur l'intervalle : la fonction est continue et strictement décroissante, avec et . Le réel appartient à , intervalle image de par .
D'après le même corollaire du théorème des valeurs intermédiaires, l'équation admet une unique solution dans . Elle est distincte de la première, car .
Donc l'équation admet exactement deux solutions sur .
Réponse : solutions.
Question 5.
On admet que .
Comme , le signe de est celui de .
Pour , on a , donc .
Pour , .
Pour , on a , donc .
Donc est concave sur et convexe sur .
Comme s'annule en en changeant de signe, la courbe admet un point d'inflexion, d'abscisse .
Question 6. a)
La tangente à au point d'abscisse a pour équation .
Avec et :
Donc une équation réduite de est bien .
Question 6. b)
Le point est le point d'intersection de et de l'axe des ordonnées, d'équation .
Son ordonnée est donc l'ordonnée à l'origine de :
Réponse : .
Question 6. c)
La fonction est dérivable sur comme produit de fonctions dérivables. Avec et :
Pour , les facteurs et sont strictement positifs : a le signe de .
Pour , : est strictement croissante sur .
Pour , : est strictement décroissante sur .
Donc admet un maximum en , égal à .
D'après la question 5, le point d'inflexion de a pour abscisse .
Donc est maximum lorsque , c'est-à-dire lorsque A est le point d'inflexion de la courbe .
Points clés attendus
Transformer en et citer les croissances comparées pour la limite en , puis interpréter en asymptote.
Citer la formule et justifier le signe de par la positivité de .
Pour le nombre de solutions : appliquer le théorème des valeurs intermédiaires sur chacun des deux intervalles de stricte monotonie, en vérifiant continuité, monotonie et position de par rapport aux bornes.
Relier convexité et signe de : le point d'inflexion correspond à un changement de signe de .
Pour la question 6. c), étudier les variations de puis rapprocher le maximum de l'abscisse du point d'inflexion.
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 2 : Limites de fonctions : le cours · exercices type bac corrigés
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (Nouvelle-Calédonie, 29 août 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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