Terminale Spé Maths / Chapitre 4 : Dérivation et convexité / Annales du bac
Bac 2024, Amérique du Nord : exercice 3
Le but de cet exercice est d'étudier la fonction définie sur l'intervalle par :
Partie A : lectures graphiques
On a tracé ci-dessous la courbe représentative de la fonction , ainsi que la droite , tangente à la courbe au point A de coordonnées .
Cette tangente passe également par le point B.

Lire graphiquement et donner l'équation réduite de la tangente .
Donner les intervalles sur lesquels la fonction semble convexe ou concave.
Que semble représenter le point A pour la courbe ?
Partie B : étude analytique
Déterminer, en justifiant, la limite de en , puis sa limite en .
On admet que la fonction est deux fois dérivable sur l'intervalle .
Déterminer pour appartenant à l'intervalle .
Montrer que pour tout appartenant à l'intervalle ,
Étudier la convexité de la fonction sur l'intervalle .
Étudier les variations de la fonction , puis le signe de pour appartenant à l'intervalle .
En déduire le sens de variation de la fonction sur l'intervalle .
Montrer que l'équation admet une unique solution sur l'intervalle .
Donner la valeur arrondie au centième de et montrer que vérifie :
Voir le corrigé
Partie A
Question 1.
Le nombre dérivé est le coefficient directeur de la tangente à la courbe au point .
La droite passe par et par , donc son coefficient directeur est
L'équation réduite de est de la forme . Le point est sur l'axe des ordonnées et appartient à , donc .
Vérification avec : .
Donc et la tangente a pour équation réduite .
Réponse : et .
Question 2.
Graphiquement, sur l'intervalle , la courbe semble située au-dessous de ses tangentes : la fonction semble concave sur .
Sur l'intervalle , la courbe semble située au-dessus de ses tangentes : la fonction semble convexe sur .
La courbe traverse sa tangente au point , et la convexité change de nature en ce point. Donc le point semble être un point d'inflexion de la courbe .
Partie B
Question 1.
Pour tout , on a , donc
Limite en .
On a , donc par produit .
D'autre part, .
Par somme des limites :
Limite en .
Par croissances comparées, , donc .
D'autre part, , donc .
Par somme des limites :
Donc et : la droite d'équation est asymptote verticale à .
Réponse : et .
Question 2. a)
On utilise l'expression sur . La fonction est dérivable sur cet intervalle (admis par l'énoncé).
Pour le produit , on pose et , avec et . La formule donne
Pour le second terme, .
Donc, pour tout ,
Réponse : .
Question 2. b)
La fonction est deux fois dérivable sur (admis par l'énoncé). On dérive terme à terme :
On met au même dénominateur :
Avec l'identité remarquable :
Donc, pour tout , .
Question 3. a)
Pour tout , on a , et . Donc a le même signe que :
si , alors et
si , alors
si , alors et .
Une fonction dont la dérivée seconde est négative sur un intervalle y est concave, et elle y est convexe si la dérivée seconde est positive.
Donc est concave sur et convexe sur . La dérivée seconde s'annule en en changeant de signe : le point est un point d'inflexion de , ce qui confirme les lectures graphiques de la partie A.
Question 3. b)
Le signe de donne les variations de :
sur , donc est strictement décroissante sur
sur , donc est strictement croissante sur .
La fonction admet donc un minimum en , égal à
Ainsi, pour tout , : la fonction est strictement positive sur .
Une fonction dérivable dont la dérivée est strictement positive est strictement croissante. Donc est strictement croissante sur .
Question 4. a)
On applique le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires (théorème de la bijection) à la fonction sur . On vérifie ses hypothèses :
est dérivable sur , donc continue sur cet intervalle
est strictement croissante sur (question 3. b)
et , donc prend toutes les valeurs de , et le réel en fait partie.
Donc réalise une bijection de sur , et l'équation admet une unique solution dans .
Question 4. b)
À la calculatrice :
Comme est strictement croissante et que , on a . À la calculatrice, , donc la valeur arrondie au centième de est .
Montrons maintenant que . Pour :
Le premier passage s'obtient en isolant, le deuxième en multipliant par , le troisième en divisant par .
La fonction exponentielle est définie sur et vérifie pour tout . En l'appliquant aux deux membres :
Comme et , on obtient
Donc au centième, et .
Réponse : .
Points clés attendus
Partie A : lire comme le coefficient directeur de la tangente et justifier le point d'inflexion par le changement de position de la courbe par rapport à ses tangentes.
Limite en : citer les croissances comparées pour , puis conclure par somme.
Convexité : étudier le signe de en justifiant le signe de chaque facteur, et utiliser que change de signe en .
Variations de : passer par le minimum de en () pour montrer que est strictement positive.
Question 4. a) : énoncer le théorème de la bijection avec ses trois hypothèses (continuité, stricte monotonie, limites ou valeurs aux bornes), puis conclure à l'existence et à l'unicité.
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
- Chapitre 3 : Continuité et TVI : le cours · exercices type bac corrigés
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2024 (Amérique du Nord, 21 mai 2024 (jour 1)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès et François Hache) ; 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