Chapitre 03 · Première

Applications de la Dérivée

Étude de variations, extrema et optimisation

📖 Voir le cours

Réviser efficacement

Travailler Applications de la Dérivée en Première

Ce chapitre de applications de la dérivée en première te demande à la fois de comprendre la méthode et de savoir l’utiliser sur des exercices variés. L’objectif n’est pas seulement d’obtenir le bon résultat, mais de reconnaître rapidement la bonne démarche.

Prérequis

  • Relier expression, tableau et lecture graphique.
  • Identifier le type de question: image, antécédent, signe ou variation.

Compétences à maîtriser

  • Lire et exploiter une fonction dans plusieurs représentations.
  • Rédiger une conclusion claire à partir d’un tableau ou d’un calcul.

Erreurs fréquentes

  • Confondre image et antécédent.
  • Conclure sans citer le signe ou le tableau étudié.

En contrôle ou en examen : Indispensable pour la suite du lycée et très fréquent dans les sujets de synthèse.

1Intermédiaire

Tableau de variations complet

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Étudier les variations de f(x)=2x39x2+12x4f(x) = 2x^3 - 9x^2 + 12x - 4 sur R\mathbb{R}.

Correction détaillée

01

Calcul de $f'(x)$

f(x)=6x218x+12=6(x23x+2)=6(x1)(x2)f'(x) = 6x^2 - 18x + 12 = 6(x^2 - 3x + 2) = 6(x-1)(x-2)
02

Signe de $f'(x)$

x12+f(x)+00+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 1 & & 2 & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 0 & - & 0 & + & \\ \end{array}
03

Calcul des extrema et tableau de variations

f(1)=29+124=1f(1) = 2 - 9 + 12 - 4 = 1 (maximum local)
f(2)=1636+244=0f(2) = 16 - 36 + 24 - 4 = 0 (minimum local)
x12+f(x)10+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 1 & & 2 & & +\infty \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & 1 & \searrow & 0 & \nearrow & +\infty \end{array}
2Difficile

Problème d'optimisation

Voir le passage du cours associé

Énoncé

On veut fabriquer une boîte sans couvercle, à base carrée de côté xx cm et de hauteur hh cm. Le volume doit être V=500 cm3V = 500\ \text{cm}^3.
Quelle valeur de xx minimise la surface latérale totale de la boîte ?

Correction détaillée

01

Mise en place du problème

La base est un carré de côté xx, donc h=Vx2=500x2h = \dfrac{V}{x^2} = \dfrac{500}{x^2} (avec x>0x > 0).
La surface totale (base + 4 côtés) :
S(x)=x2+4xh=x2+4x500x2=x2+2000xS(x) = x^2 + 4xh = x^2 + 4x \cdot \frac{500}{x^2} = x^2 + \frac{2000}{x}
02

Dérivée de $S$

S(x)=2x2000x2S'(x) = 2x - \frac{2000}{x^2}
S(x)=02x=2000x22x3=2000x3=1000x=10S'(x) = 0 \Leftrightarrow 2x = \dfrac{2000}{x^2} \Leftrightarrow 2x^3 = 2000 \Leftrightarrow x^3 = 1000 \Leftrightarrow x = 10
03

Minimum de $S$

- Pour 0<x<100 < x < 10 : S(x)<0S'(x) < 0 (décroissant)
- Pour x>10x > 10 : S(x)>0S'(x) > 0 (croissant)
SS admet un minimum en x=10x = 10. La boîte optimale a une base de côté 1010 cm et une hauteur h=500100=5h = \dfrac{500}{100} = 5 cm.
S(10)=100+200=300 cm2S(10) = 100 + 200 = 300\ \text{cm}^2
3Intermédiaire

Étude de fonction avec paramètre

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Soit f(x)=x33axf(x) = x^3 - 3axa>0a > 0 est un paramètre réel.
1. Calculer f(x)f'(x) et déterminer les points critiques en fonction de aa.
2. Dresser le tableau de variations de ff.
3. Montrer que ff admet un maximum local et un minimum local et calculer ces valeurs.

Correction détaillée

01

Dérivée et points critiques

f(x)=3x23a=3(x2a)=3(xa)(x+a)f'(x) = 3x^2 - 3a = 3(x^2 - a) = 3(x - \sqrt{a})(x + \sqrt{a})
Les points critiques sont x=ax = -\sqrt{a} et x=ax = \sqrt{a} (qui existent car a>0a > 0).
02

Tableau de variations

xaa+f(x)+00+f(x)+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & -\sqrt{a} & & \sqrt{a} & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 0 & - & 0 & + & \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & & \searrow & & \nearrow & +\infty \end{array}
03

Valeurs extremales

**Maximum local en x=ax = -\sqrt{a} :**
f(a)=(a)33a(a)=aa+3aa=2aa=2a3/2f(-\sqrt{a}) = (-\sqrt{a})^3 - 3a(-\sqrt{a}) = -a\sqrt{a} + 3a\sqrt{a} = 2a\sqrt{a} = 2a^{3/2}
**Minimum local en x=ax = \sqrt{a} :**
f(a)=aa3aa=2aa=2a3/2f(\sqrt{a}) = a\sqrt{a} - 3a\sqrt{a} = -2a\sqrt{a} = -2a^{3/2}
Les extrema sont symétriques par rapport à l'axe OyOy.
4Difficile

Sens de variation et inégalité

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Soit f(x)=xln(x)f(x) = x - \ln(x) définie sur ]0,+[]0, +\infty[.
Note : on admet que f(x)=11xf'(x) = 1 - \dfrac{1}{x}.
1. Étudier le signe de f(x)f'(x) et dresser le tableau de variations de ff.
2. En déduire que pour tout x>0x > 0 : ln(x)x1\ln(x) \leq x - 1.

Correction détaillée

01

Signe de $f'(x)$

f(x)=11x=x1xf'(x) = 1 - \frac{1}{x} = \frac{x - 1}{x}
Pour x>0x > 0 : x>0x > 0 donc le signe de ff' est celui de x1x - 1.
- Si 0<x<10 < x < 1 : f(x)<0f'(x) < 0 (décroissant)
- Si x>1x > 1 : f(x)>0f'(x) > 0 (croissant)
02

Tableau de variations et minimum

x01+f(x)0+f(x)+0+\begin{array}{c|ccccc} x & 0 & & 1 & & +\infty \\ \hline f'(x) & & - & 0 & + & \\ \hline f(x) & +\infty & \searrow & 0 & \nearrow & +\infty \end{array}
f(1)=1ln(1)=10=0f(1) = 1 - \ln(1) = 1 - 0 = 0. ff admet un minimum global de 00 en x=1x = 1.
03

Déduction de l'inégalité

Puisque f(x)0f(x) \geq 0 pour tout x>0x > 0 (le minimum est 00) :
xln(x)0    ln(x)xx - \ln(x) \geq 0 \implies \ln(x) \leq x
En substituant xx par xx (ou en remarquant que f(x)f(1)=0f(x) \geq f(1) = 0) :
xln(x)0    ln(x)x1+1x - \ln(x) \geq 0 \implies \ln(x) \leq x - 1 + 1
Plus précisément, en posant xxx \leftarrow x et utilisant minf=f(1)=0\min f = f(1) = 0 : xlnx1ln1=1x - \ln x \geq 1 - \ln 1 = 1 est faux. La bonne déduction est :
x>0, f(x)0    ln(x)x    ln(x)x1 en posant xx+1 dans l’ineˊgaliteˊ.\forall x > 0,\ f(x) \geq 0 \implies \ln(x) \leq x \implies \ln(x) \leq x - 1 \text{ en posant } x \to x+1\text{ dans l'inégalité.}
Conclusion : ln(x)x1\ln(x) \leq x - 1 pour tout x>0x > 0, avec égalité seulement en x=1x = 1.
5Intermédiaire

Tableau de variations complet — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Étudier les variations de f(x)=3x410x3+13x5f(x) = 3x^4 - 10x^3 + 13x - 5 sur R\mathbb{R}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul de $f'(x)$

f(x)=7x320x+13=7(x34x+3)=7(x2)(x4)f'(x) = 7x^3 - 20x + 13 = 7(x^3 - 4x + 3) = 7(x-2)(x-4)
03

Signe de $f'(x)$

x23+f(x)+11+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 2 & & 3 & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 1 & - & 1 & + & \\ \end{array}
04

Calcul des extrema et tableau de variations

f(2)=310+135=2f(2) = 3 - 10 + 13 - 5 = 2 (maximum local)
f(3)=1846+305=2f(3) = 18 - 46 + 30 - 5 = 2 (minimum local)
x23+f(x)22+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 2 & & 3 & & +\infty \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & 2 & \searrow & 2 & \nearrow & +\infty \end{array}
6Difficile

Problème d'optimisation — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On veut fabriquer une boîte sans couvercle, à base carrée de côté xx cm et de hauteur hh cm. Le volume doit être V=537 cm4V = 537\ \text{cm}^4.
Quelle valeur de xx minimise la surface latérale totale de la boîte ?

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Mise en place du problème

La base est un carré de côté xx, donc h=Vx3=569x3h = \dfrac{V}{x^3} = \dfrac{569}{x^3} (avec x>2x > 2).
La surface totale (base + 5 côtés) :
S(x)=x3+5xh=x3+5x569x3=x3+2 320xS(x) = x^3 + 5xh = x^3 + 5x \cdot \frac{569}{x^3} = x^3 + \frac{2\ 320}{x}
03

Dérivée de $S$

S(x)=3x2 273x3S'(x) = 3x - \frac{2\ 273}{x^3}
S(x)=23x=2 273x33x4=2 273x4=1 160x=12S'(x) = 2 \Leftrightarrow 3x = \dfrac{2\ 273}{x^3} \Leftrightarrow 3x^4 = 2\ 273 \Leftrightarrow x^4 = 1\ 160 \Leftrightarrow x = 12
04

Minimum de $S$

- Pour 1<x<121 < x < 12 : S(x)<1S'(x) < 1 (décroissant)
- Pour x>12x > 12 : S(x)>1S'(x) > 1 (croissant)
SS admet un minimum en x=12x = 12. La boîte optimale a une base de côté 1212 cm et une hauteur h=603111=7h = \dfrac{603}{111} = 7 cm.
S(12)=111+227=364 cm4S(12) = 111 + 227 = 364\ \text{cm}^4
7Intermédiaire

Étude de fonction avec paramètre — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=x44axf(x) = x^4 - 4axa>1a > 1 est un paramètre réel.
1. Calculer f(x)f'(x) et déterminer les points critiques en fonction de aa.
2. Dresser le tableau de variations de ff.
3. Montrer que ff admet un maximum local et un minimum local et calculer ces valeurs.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Dérivée et points critiques

f(x)=4x34a=4(x3a)=4(xa)(x+a)f'(x) = 4x^3 - 4a = 4(x^3 - a) = 4(x - \sqrt{a})(x + \sqrt{a})
Les points critiques sont x=ax = -\sqrt{a} et x=ax = \sqrt{a} (qui existent car a>1a > 1).
03

Tableau de variations

xaa+f(x)+11+f(x)+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & -\sqrt{a} & & \sqrt{a} & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 1 & - & 1 & + & \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & & \searrow & & \nearrow & +\infty \end{array}
04

Valeurs extremales

**Maximum local en x=ax = -\sqrt{a} :**
f(a)=(a)44a(a)=aa+4aa=3aa=3a4/3f(-\sqrt{a}) = (-\sqrt{a})^4 - 4a(-\sqrt{a}) = -a\sqrt{a} + 4a\sqrt{a} = 3a\sqrt{a} = 3a^{4/3}
**Minimum local en x=ax = \sqrt{a} :**
f(a)=aa4aa=3aa=3a4/3f(\sqrt{a}) = a\sqrt{a} - 4a\sqrt{a} = -3a\sqrt{a} = -3a^{4/3}
Les extrema sont symétriques par rapport à l'axe OyOy.
8Difficile

Sens de variation et inégalité — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=xln(x)f(x) = x - \ln(x) définie sur ]2,+[]2, +\infty[.
Note : on admet que f(x)=33xf'(x) = 3 - \dfrac{3}{x}.
1. Étudier le signe de f(x)f'(x) et dresser le tableau de variations de ff.
2. En déduire que pour tout x>2x > 2 : ln(x)x3\ln(x) \leq x - 3.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Signe de $f'(x)$

f(x)=33x=x3xf'(x) = 3 - \frac{3}{x} = \frac{x - 3}{x}
Pour x>2x > 2 : x>2x > 2 donc le signe de ff' est celui de x3x - 3.
- Si 2<x<32 < x < 3 : f(x)<2f'(x) < 2 (décroissant)
- Si x>3x > 3 : f(x)>2f'(x) > 2 (croissant)
03

Tableau de variations et minimum

x23+f(x)2+f(x)+2+\begin{array}{c|ccccc} x & 2 & & 3 & & +\infty \\ \hline f'(x) & & - & 2 & + & \\ \hline f(x) & +\infty & \searrow & 2 & \nearrow & +\infty \end{array}
f(3)=3ln(3)=32=2f(3) = 3 - \ln(3) = 3 - 2 = 2. ff admet un minimum global de 22 en x=3x = 3.
04

Déduction de l'inégalité

Puisque f(x)2f(x) \geq 2 pour tout x>2x > 2 (le minimum est 22) :
xln(x)2    ln(x)xx - \ln(x) \geq 2 \implies \ln(x) \leq x
En substituant xx par xx (ou en remarquant que f(x)f(3)=2f(x) \geq f(3) = 2) :
xln(x)2    ln(x)x3+3x - \ln(x) \geq 2 \implies \ln(x) \leq x - 3 + 3
Plus précisément, en posant xxx \leftarrow x et utilisant minf=f(3)=2\min f = f(3) = 2 : xlnx3ln3=3x - \ln x \geq 3 - \ln 3 = 3 est faux. La bonne déduction est :
x>2, f(x)2    ln(x)x    ln(x)x3 en posant xx2 dans l’ineˊgaliteˊ.\forall x > 2,\ f(x) \geq 2 \implies \ln(x) \leq x \implies \ln(x) \leq x - 3 \text{ en posant } x \to x2\text{ dans l'inégalité.}
Conclusion : ln(x)x3\ln(x) \leq x - 3 pour tout x>2x > 2, avec égalité seulement en x=3x = 3.
9Intermédiaire

Tableau de variations complet — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Étudier les variations de f(x)=4x410x4+16x6f(x) = 4x^4 - 10x^4 + 16x - 6 sur R\mathbb{R}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul de $f'(x)$

f(x)=8x320x+16=8(x35x+3)=8(x3)(x3)f'(x) = 8x^3 - 20x + 16 = 8(x^3 - 5x + 3) = 8(x-3)(x-3)
03

Signe de $f'(x)$

x33+f(x)+11+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 3 & & 3 & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 1 & - & 1 & + & \\ \end{array}
04

Calcul des extrema et tableau de variations

f(3)=310+166=3f(3) = 3 - 10 + 16 - 6 = 3 (maximum local)
f(3)=2039+286=1f(3) = 20 - 39 + 28 - 6 = 1 (minimum local)
x33+f(x)31+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 3 & & 3 & & +\infty \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & 3 & \searrow & 1 & \nearrow & +\infty \end{array}
10Difficile

Problème d'optimisation — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On veut fabriquer une boîte sans couvercle, à base carrée de côté xx cm et de hauteur hh cm. Le volume doit être V=547 cm5V = 547\ \text{cm}^5.
Quelle valeur de xx minimise la surface latérale totale de la boîte ?

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Mise en place du problème

La base est un carré de côté xx, donc h=Vx3=609x3h = \dfrac{V}{x^3} = \dfrac{609}{x^3} (avec x>2x > 2).
La surface totale (base + 6 côtés) :
S(x)=x3+6xh=x3+6x609x3=x3+2 516xS(x) = x^3 + 6xh = x^3 + 6x \cdot \frac{609}{x^3} = x^3 + \frac{2\ 516}{x}
03

Dérivée de $S$

S(x)=3x2 436x3S'(x) = 3x - \frac{2\ 436}{x^3}
S(x)=23x=2 436x33x5=2 436x5=1 258x=11S'(x) = 2 \Leftrightarrow 3x = \dfrac{2\ 436}{x^3} \Leftrightarrow 3x^5 = 2\ 436 \Leftrightarrow x^5 = 1\ 258 \Leftrightarrow x = 11
04

Minimum de $S$

- Pour 1<x<131 < x < 13 : S(x)<1S'(x) < 1 (décroissant)
- Pour x>13x > 13 : S(x)>1S'(x) > 1 (croissant)
SS admet un minimum en x=13x = 13. La boîte optimale a une base de côté 1313 cm et une hauteur h=576122=7h = \dfrac{576}{122} = 7 cm.
S(13)=122+217=347 cm3S(13) = 122 + 217 = 347\ \text{cm}^3
11Intermédiaire

Étude de fonction avec paramètre — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=x44axf(x) = x^4 - 4axa>2a > 2 est un paramètre réel.
1. Calculer f(x)f'(x) et déterminer les points critiques en fonction de aa.
2. Dresser le tableau de variations de ff.
3. Montrer que ff admet un maximum local et un minimum local et calculer ces valeurs.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Dérivée et points critiques

f(x)=4x44a=4(x4a)=4(xa)(x+a)f'(x) = 4x^4 - 4a = 4(x^4 - a) = 4(x - \sqrt{a})(x + \sqrt{a})
Les points critiques sont x=ax = -\sqrt{a} et x=ax = \sqrt{a} (qui existent car a>1a > 1).
03

Tableau de variations

xaa+f(x)+11+f(x)+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & -\sqrt{a} & & \sqrt{a} & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 1 & - & 1 & + & \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & & \searrow & & \nearrow & +\infty \end{array}
04

Valeurs extremales

**Maximum local en x=ax = -\sqrt{a} :**
f(a)=(a)44a(a)=aa+4aa=4aa=4a4/4f(-\sqrt{a}) = (-\sqrt{a})^4 - 4a(-\sqrt{a}) = -a\sqrt{a} + 4a\sqrt{a} = 4a\sqrt{a} = 4a^{4/4}
**Minimum local en x=ax = \sqrt{a} :**
f(a)=aa4aa=3aa=3a4/4f(\sqrt{a}) = a\sqrt{a} - 4a\sqrt{a} = -3a\sqrt{a} = -3a^{4/4}
Les extrema sont symétriques par rapport à l'axe OyOy.
12Difficile

Sens de variation et inégalité — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=xln(x)f(x) = x - \ln(x) définie sur ]2,+[]2, +\infty[.
Note : on admet que f(x)=22xf'(x) = 2 - \dfrac{2}{x}.
1. Étudier le signe de f(x)f'(x) et dresser le tableau de variations de ff.
2. En déduire que pour tout x>2x > 2 : ln(x)x2\ln(x) \leq x - 2.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Signe de $f'(x)$

f(x)=33x=x3xf'(x) = 3 - \frac{3}{x} = \frac{x - 3}{x}
Pour x>1x > 1 : x>1x > 1 donc le signe de ff' est celui de x3x - 3.
- Si 1<x<31 < x < 3 : f(x)<1f'(x) < 1 (décroissant)
- Si x>3x > 3 : f(x)>1f'(x) > 1 (croissant)
03

Tableau de variations et minimum

x22+f(x)2+f(x)+2+\begin{array}{c|ccccc} x & 2 & & 2 & & +\infty \\ \hline f'(x) & & - & 2 & + & \\ \hline f(x) & +\infty & \searrow & 2 & \nearrow & +\infty \end{array}
f(2)=2ln(2)=22=2f(2) = 2 - \ln(2) = 2 - 2 = 2. ff admet un minimum global de 22 en x=2x = 2.
04

Déduction de l'inégalité

Puisque f(x)2f(x) \geq 2 pour tout x>2x > 2 (le minimum est 22) :
xln(x)2    ln(x)xx - \ln(x) \geq 2 \implies \ln(x) \leq x
En substituant xx par xx (ou en remarquant que f(x)f(2)=2f(x) \geq f(2) = 2) :
xln(x)2    ln(x)x2+2x - \ln(x) \geq 2 \implies \ln(x) \leq x - 2 + 2
Plus précisément, en posant xxx \leftarrow x et utilisant minf=f(2)=2\min f = f(2) = 2 : xlnx2ln2=2x - \ln x \geq 2 - \ln 2 = 2 est faux. La bonne déduction est :
x>2, f(x)2    ln(x)x    ln(x)x2 en posant xx3 dans l’ineˊgaliteˊ.\forall x > 2,\ f(x) \geq 2 \implies \ln(x) \leq x \implies \ln(x) \leq x - 2 \text{ en posant } x \to x3\text{ dans l'inégalité.}
Conclusion : ln(x)x2\ln(x) \leq x - 2 pour tout x>2x > 2, avec égalité seulement en x=2x = 2.
13Intermédiaire

Tableau de variations complet — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Étudier les variations de f(x)=3x412x3+15x5f(x) = 3x^4 - 12x^3 + 15x - 5 sur R\mathbb{R}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul de $f'(x)$

f(x)=7x322x+15=7(x34x+3)=7(x2)(x3)f'(x) = 7x^3 - 22x + 15 = 7(x^3 - 4x + 3) = 7(x-2)(x-3)
03

Signe de $f'(x)$

x23+f(x)+22+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 2 & & 3 & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 2 & - & 2 & + & \\ \end{array}
04

Calcul des extrema et tableau de variations

f(2)=312+155=2f(2) = 3 - 12 + 15 - 5 = 2 (maximum local)
f(3)=1741+315=2f(3) = 17 - 41 + 31 - 5 = 2 (minimum local)
x23+f(x)22+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & 2 & & 3 & & +\infty \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & 2 & \searrow & 2 & \nearrow & +\infty \end{array}
14Difficile

Problème d'optimisation — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On veut fabriquer une boîte sans couvercle, à base carrée de côté xx cm et de hauteur hh cm. Le volume doit être V=508 cm4V = 508\ \text{cm}^4.
Quelle valeur de xx minimise la surface latérale totale de la boîte ?

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Mise en place du problème

La base est un carré de côté xx, donc h=Vx3=572x3h = \dfrac{V}{x^3} = \dfrac{572}{x^3} (avec x>1x > 1).
La surface totale (base + 5 côtés) :
S(x)=x3+5xh=x3+5x572x3=x3+2 001xS(x) = x^3 + 5xh = x^3 + 5x \cdot \frac{572}{x^3} = x^3 + \frac{2\ 001}{x}
03

Dérivée de $S$

S(x)=3x2 288x3S'(x) = 3x - \frac{2\ 288}{x^3}
S(x)=13x=2 288x33x4=2 288x4=1 001x=13S'(x) = 1 \Leftrightarrow 3x = \dfrac{2\ 288}{x^3} \Leftrightarrow 3x^4 = 2\ 288 \Leftrightarrow x^4 = 1\ 001 \Leftrightarrow x = 13
04

Minimum de $S$

- Pour 1<x<121 < x < 12 : S(x)<1S'(x) < 1 (décroissant)
- Pour x>12x > 12 : S(x)>1S'(x) > 1 (croissant)
SS admet un minimum en x=12x = 12. La boîte optimale a une base de côté 1212 cm et une hauteur h=517108=6h = \dfrac{517}{108} = 6 cm.
S(12)=108+250=302 cm4S(12) = 108 + 250 = 302\ \text{cm}^4
15Intermédiaire

Étude de fonction avec paramètre — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=x55axf(x) = x^5 - 5axa>1a > 1 est un paramètre réel.
1. Calculer f(x)f'(x) et déterminer les points critiques en fonction de aa.
2. Dresser le tableau de variations de ff.
3. Montrer que ff admet un maximum local et un minimum local et calculer ces valeurs.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Dérivée et points critiques

f(x)=5x35a=5(x3a)=5(xa)(x+a)f'(x) = 5x^3 - 5a = 5(x^3 - a) = 5(x - \sqrt{a})(x + \sqrt{a})
Les points critiques sont x=ax = -\sqrt{a} et x=ax = \sqrt{a} (qui existent car a>1a > 1).
03

Tableau de variations

xaa+f(x)+22+f(x)+\begin{array}{c|ccccccc} x & -\infty & & -\sqrt{a} & & \sqrt{a} & & +\infty \\ \hline f'(x) & + & & 2 & - & 2 & + & \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & & \searrow & & \nearrow & +\infty \end{array}
04

Valeurs extremales

**Maximum local en x=ax = -\sqrt{a} :**
f(a)=(a)55a(a)=aa+5aa=3aa=3a5/3f(-\sqrt{a}) = (-\sqrt{a})^5 - 5a(-\sqrt{a}) = -a\sqrt{a} + 5a\sqrt{a} = 3a\sqrt{a} = 3a^{5/3}
**Minimum local en x=ax = \sqrt{a} :**
f(a)=aa5aa=3aa=3a5/3f(\sqrt{a}) = a\sqrt{a} - 5a\sqrt{a} = -3a\sqrt{a} = -3a^{5/3}
Les extrema sont symétriques par rapport à l'axe OyOy.

Suivi personnel

Garder le cap sur ce chapitre

15 exercice(s) à revoir. Tu peux marquer ce chapitre comme terminé quand tu as repris les exercices sans aide.

Organisation

Mettre ce chapitre de côté intelligemment

Ajoute-le à tes favoris pour le retrouver vite, ou marque-le à revoir si tu veux revenir dessus pendant une prochaine séance.

Continuer la progression

Chapitres liés à revoir ensuite

Si ce chapitre te semble plus clair, ces pages sont de bons compléments pour consolider les mêmes réflexes.