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9 ex.

Difficulté :
L'essentiel du cours (3 notions)

Calcul de dérivées et opérations

Propriété : Règles d'opération : $(u+v)' = u'+v'$, $(k u)' = k u'$, $(u v)' = u'v + u v'$ et $\left(\frac{u}{v}\right)' = \frac{u'v - u v'}{v^2}$.

Méthode : Dériver chaque terme avec les formules usuelles ($x^n \to n x^{n-1}$, $\frac{1}{x} \to -\frac{1}{x^2}$, $\sqrt{x} \to \frac{1}{2\sqrt{x}}$) puis appliquer les règles d'opération.

Exemple : Pour $f(x) = 3x^2 - 5x + 1$, on applique $(k u)'$ et $(u+v)'$ : $f'(x) = 3(2x) - 5 = 6x - 5$.

Signe, extremum et inéquation graphique

Propriété : Le signe de $f(x)$ dépend de la position de la courbe par rapport à l'axe des abscisses. Un extremum est la valeur maximale ou minimale atteinte par $f$.

Méthode : Pour dénombrer les solutions entières d'une inéquation, repérer l'intervalle solution sur l'axe des abscisses puis compter les entiers qu'il contient.

Exemple : Si $f(x) < 2$ sur $]1 ; 4{,}5[$, les solutions entières sont $x = 2$, $x = 3$ et $x = 4$, soit $3$ solutions.

Variations et signe de la dérivée

Propriété : Si $f'(x) > 0$ (resp. $< 0$) sur un intervalle $I$, alors $f$ est strictement croissante (resp. décroissante) sur cet intervalle. Si $f'$ s'annule en changeant de signe en $x_0$, $f$ admet un extremum local en $x_0$.

Méthode : 1. Calculer la dérivée $f'(x)$. 2. Étudier son signe dans un tableau de signes. 3. Déduire les variations de $f$ et ses éventuels extrémums.

Exemple : Si $f'(x)$ s'annule en $x = 2$ en passant de $+$ à $-$, $f$ admet un maximum local en $x = 2$.

⚡Automatisme

On considère la fonction $f$ définie sur l'intervalle $[-3 ; 4]$, dont la représentation graphique est donnée ci-dessous dans un repère orthogonal.

Déterminer le nombre d'entiers relatifs $x$ appartenant à l'intervalle $[-3 ; 4]$ qui sont solutions de l'inéquation $f(x) \ge 0$.

Saisir le nombre d'entiers solutions.

⚡Automatisme

On a représenté ci-dessous la courbe d'une fonction $f$ sur l'intervalle $[-2{,}5 ; 2{,}5]$.

En utilisant la représentation graphique, déterminer le nombre d'entiers relatifs $x$ appartenant à l'intervalle $[-2 ; 2]$ vérifiant l'inéquation $f(x) \geqslant 1$.

Saisir le nombre d'entiers relatifs solutions.

★ Standard

Soit $f$ la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par :

$$f(x) = -2x^2 + 12x - 5$$

En étudiant le signe de la fonction dérivée $f'$, déterminer la valeur du maximum de la fonction $f$ sur $\mathbb{R}$.

Saisir la valeur du maximum de la fonction $f$.

★ Standard

Soit la fonction $f$ définie sur $\mathbb{R}$ par $f(x) = (2x - 3)(x^2 + 1)$.

En déterminant la fonction dérivée $f'$, calculer la valeur du nombre dérivé en $x = 2$.

Saisir la valeur de $f'(2)$.

★ Standard

Une entreprise modélise son coût moyen de fabrication (en dizaines d'euros par unité) pour une quantité $x$ d'objets exprimée en centaines (avec $x \in [1 ; 10]$) par la fonction $f$ définie par :

$$f(x) = x + \frac{k}{x}$$

où $k$ est un nombre réel positif fixé.

L'entreprise sait que son coût moyen est minimal lorsque la quantité fabriquée est de $500$ objets, c'est-à-dire pour $x = 5$.

Déterminer la valeur du paramètre $k$.

Saisir la valeur de $k$.

★★ Avancé

Soit $f$ la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par :

$$f(x) = \dfrac{2x - 1}{x^2 + 3}$$

On note $\mathcal{C}_f$ sa courbe représentative dans un repère du plan.

Déterminer le coefficient directeur de la tangente à la courbe $\mathcal{C}_f$ au point d'abscisse $1$.

★★ Avancé

Le coût unitaire de fabrication (en euros) d'un produit dépend de la quantité $x > 0$ produite (en milliers d'unités) et est modélisé par la fonction $g$ définie sur $]0 ; +\infty[$ par :

$$g(x) = x + \frac{k}{x} + 5$$

où $k$ est un paramètre réel strictement positif lié aux contraintes de production.

Le coût unitaire minimal atteint par l'entreprise s'élève à $21$ euros.

Saisir la valeur du paramètre $k$.

★★ Avancé

Soit $f$ la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par $$f(x) = x^3 - a x^2 - 15x + 4$$ où $a$ est un nombre réel fixé.

On sait que la fonction $f$ admet un extremum local au point d'abscisse $x = 3$.

Saisir la valeur du réel $a$.

★★★ Challenge

Un fabricant conçoit un réservoir ouvert (sans couvercle) ayant la forme d'un pavé droit.

La base du réservoir est un rectangle dont la longueur est égale au double de sa largeur $x$ (exprimée en mètres, avec $x > 0$). Le volume intérieur du réservoir doit être exactement égal à $36\text{ m}^3$.

On cherche à déterminer la quantité minimale de métal nécessaire pour fabriquer ce réservoir, c'est-à-dire la surface totale formée par le fond et les quatre faces latérales.

Déterminer l'aire minimale de métal nécessaire pour construire ce réservoir (en $\text{m}^2$).