Terminale Spé Maths / Chapitre 4 : Dérivation et convexité / Annales du bac
Bac 2023, Polynésie : exercice 2
Les parties A et B peuvent être traitées indépendamment
Partie A
On considère la fonction définie sur par
Déterminer les limites de en et en .
On admet que est deux fois dérivable sur .
Démontrer que, pour tout ,
En déduire les variations et le minimum de la fonction sur .
Justifier que pour tout .
En déduire que l'équation admet une unique solution sur .
Donner une valeur arrondie à de cette solution.
Partie B
On considère une fonction , définie et dérivable sur , ayant une expression de la forme
, où et sont deux réels.
Dans un repère orthonormé ci-après figurent:
la courbe représentative de la fonction
les points A et B de coordonnées respectives et (2 3,5).

Conjecturer, avec la précision permise par le graphique, les abscisses des éventuels points d'inflexion de la courbe représentative de la fonction .
Sachant que la fonction admet sur une dérivée seconde d'expression
valider ou non la conjecture précédente.
Déterminer une équation de la droite (AB).
Sachant que la droite (AB) est tangente à la courbe représentative de la fonction au point d'abscisse 0, en déduire les valeurs de et .
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Partie A
Question 1.
Limite en . On a et (car ).
Par produit, .
Comme , par somme,
Limite en . La forme est indéterminée (produit d'une limite infinie par une limite nulle). On développe :
D'après le théorème des croissances comparées, .
De plus et . Par somme,
Réponse : et .
Question 2. a)
La fonction est le produit de et , plus la fonction . On a et .
D'après la formule , pour tout réel ,
On dérive à nouveau, avec () et :
Donc, pour tout réel , .
Question 2. b)
Pour tout réel , : le signe de est celui de .
Pour , : est strictement décroissante sur .
Pour , : est strictement croissante sur .
Donc admet un minimum sur , atteint en :
Réponse : décroît sur , croît sur , et son minimum est .
Question 2. c)
D'après la question précédente, pour tout réel ,
Comme , on a , donc .
Donc, pour tout réel , .
Question 2. d)
D'après la question 2. c), sur : la fonction est strictement croissante sur .
De plus est continue sur (car dérivable), avec
Le réel appartient à l'intervalle image . D'après le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires (théorème de la bijection) pour une fonction continue et strictement monotone, l'équation admet une unique solution sur , notée .
Question 2. e)
À la calculatrice :
Comme est strictement croissante et que , on a .
Donc à près (valeur plus précise : ).
Réponse : .
Partie B
Question 1.
Un point d'inflexion est un point où la courbe traverse sa tangente, c'est-à-dire où la fonction change de convexité.
Sur le graphique, la courbe est tournée vers le bas (concave) pour les petites valeurs de , puis vers le haut (convexe) pour les grandes valeurs, le changement s'opérant vers .
On conjecture donc un unique point d'inflexion, d'abscisse environ .
Question 2.
On a .
Comme , le signe de est celui de : sur , et sur .
Donc est concave sur et convexe sur .
Comme s'annule en changeant de signe uniquement en , la courbe admet un unique point d'inflexion, d'abscisse .
La conjecture est donc validée.
Question 3.
Les points A et B ont des abscisses distinctes : la droite (AB) a une équation de la forme .
Son coefficient directeur est
Le point B appartient à (AB), donc , soit .
On vérifie avec A : .
Donc la droite (AB) a pour équation .
Réponse : .
Question 4.
La droite (AB) est tangente à au point d'abscisse . Donc :
le point d'abscisse de la tangente est un point de la courbe :
le coefficient directeur de la tangente est le nombre dérivé : .
On a , donc .
Pour la dérivée, avec :
donc .
L'égalité donne , soit .
Donc et (on retrouve la fonction de la partie A).
Réponse : et .
Points clés attendus
Lever la forme indéterminée en par développement et croissances comparées.
Étudier pour obtenir les variations de , puis en déduire le signe de à partir du minimum.
Pour l'unicité de la solution de : citer le théorème des valeurs intermédiaires (ou de la bijection) avec continuité, stricte monotonie et limites aux bornes.
Un point d'inflexion correspond à un changement de signe de la dérivée seconde.
Pour la tangente : exploiter à la fois (appartenance à la courbe) et (coefficient directeur).
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.
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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (Polynésie, 7 septembre 2023), 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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