Terminale Spé Maths / Chapitre 4 : Dérivation et convexité / Annales du bac
Bac 2025, Asie : exercice 4
On considère la fonction définie sur l'intervalle par
et on appelle sa courbe représentative dans un repère orthonormé.
On définit la fonction sur l'intervalle par .
Montrer que pour tout de l'intervalle .
Pour tout réel de l'intervalle , calculer et montrer que:
Déterminer la limite de la fonction en .
Interpréter graphiquement ce résultat.
Déterminer la limite de la fonction en .
Étudier le sens de variation de la fonction sur .
Dresser le tableau de variations de la fonction en y faisant figurer les limites aux bornes de l'intervalle de définition.
Montrer que l'équation admet une unique solution sur l'intervalle et donner une valeur approchée à près de cette solution.
On pose .
Calculer .
Interpréter graphiquement le résultat.
On admet que la fonction est deux fois dérivable sur l'intervalle et que:
En posant , montrer que pour tout réel de l'intervalle .
Étudier la convexité de la fonction sur l'intervalle .
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Question 1. a) La fonction est dérivable sur , de dérivée , et la fonction exponentielle est dérivable sur .
Par dérivation d'une composée, la fonction avec est dérivable sur et . Donc, pour tout ,
Donc pour tout .
Question 1. b) La fonction est un quotient avec et . Ces fonctions sont dérivables sur et ne s'annule pas sur cet intervalle. Donc est dérivable sur et .
On a d'après la question précédente, donc . On a aussi et .
Pour tout ,
Donc, pour tout , .
Question 2. a) Quand tend vers par valeurs positives, tend vers , donc tend vers (limite d'une composée), et tend vers par valeurs strictement positives.
Le numérateur tend vers et le dénominateur tend vers , donc le quotient tend vers :
Réponse : .
Question 2. b) Comme , la courbe admet pour asymptote verticale la droite d'équation , c'est-à-dire l'axe des ordonnées.
Question 3. a) On pose . Quand , . Pour ,
Par croissances comparées, . Par limite d'une composée, puis par produit par le réel strictement positif ,
Réponse : .
Question 3. b) D'après la question 1. b), pour tout ,
Pour , on a et . Donc est du signe de .
La fonction racine carrée étant strictement croissante sur et , on a :
pour , donc
pour , donc
pour , donc .
Donc est strictement décroissante sur et strictement croissante sur .
Valeur au minimum : .
Tableau de variations : part de la limite en , décroît jusqu'à son minimum atteint en , puis croît jusqu'à la limite en .
Question 3. c) Sur l'intervalle :
est continue, car dérivable
est strictement croissante
et , donc prend des valeurs inférieures et supérieures à : le réel appartient à , l'image de par .
D'après le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires (théorème de la bijection), l'équation admet une unique solution sur .
À la calculatrice, et . Comme est strictement croissante, (on a en fait ).
Donc l'équation admet une unique solution sur , et à près.
Réponse : .
Question 4. a) D'après la question 1. a), sur : est une primitive de sur . De plus, est continue sur . Donc
La calculatrice donne .
Donc .
Réponse : .
Question 4. b) La fonction est continue et positive sur (car et ). Donc est l'aire, exprimée en unités d'aire, du domaine délimité par la courbe , l'axe des abscisses et les droites d'équations et .
Question 5. a) Pour , on pose , avec et . Alors
Ce trinôme du second degré a pour discriminant . Il n'a donc pas de racine réelle et il est du signe de son coefficient dominant : il est strictement positif pour tout réel .
Donc pour tout .
Question 5. b) Pour tout ,
On a , d'après la question précédente, et . Donc pour tout .
Une fonction dont la dérivée seconde est strictement positive sur un intervalle est convexe sur cet intervalle. Donc est convexe sur .
Points clés attendus
Dériver correctement la composée puis le quotient, en réutilisant et en simplifiant jusqu'à la forme demandée.
Justifier les limites : composée en (quotient ), changement de variable et croissances comparées en .
Étudier le signe de en justifiant que les autres facteurs sont strictement positifs.
Pour l'équation : citer le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires avec continuité, stricte monotonie et bornes encadrer la solution pour justifier l'arrondi.
Reconnaître en une primitive de pour le calcul de justifier la positivité du trinôme par son discriminant puis conclure sur la convexité par le signe de .
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 2025 (Asie, 11 juin 2025 (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.
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