Comment étudier les variations d'une fonction de la forme f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^2+bx+c - Exercice 1

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Question 1

Soit ff la fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=3x2+12x−1f\left(x\right)=3x^{2} +12x-1 .
  • Déterminer l'expression de la dérivée f′f' de ff.
  • Etudier le signe de f′(x)f'\left(x\right) en fonction de xx.
  • En déduire le tableau de variation de ff.
  • Cela peut également se résumer en une question : étudier les variations de ff sur R\mathbb{R} .

    Correction
    • Si f′f' est négative sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est décroissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    • Si f′f' est positive sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est croissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    ff est dérivable sur R\mathbb{R}.
    f′(x)=3×2x+12f'\left(x\right)=3\times 2x+12
    f′(x)=6x+12f'\left(x\right)=6x+12

    Ici la dérivée est une fonction du 11er degré.
    Pour étudier son signe, nous allons résoudre l'inéquation f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0.
    En effet, en résolvant f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0, on déterminera ainsi l'intervalle sur lequel la dérivée est positive ou nulle.
    Il vient alors que :
    f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0 équivaut successivement à
    6x+12≥06x+12\ge 0
    6x≥−126x\ge -12
    x≥−126x\ge \frac{-12}{6}
    x≥−2x\ge -2
    Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 6x+126x+12 lorsque xx sera supérieur ou égale à −2-2.
    Il en résulte donc que :
    • si x∈]−∞;−2]x\in\left]-\infty;-2\right] alors f′(x)≤0f'\left(x\right)\le0 et donc ff est décroissante sur cet intervalle.
    • si x∈[−2;+∞[x\in\left[-2;+\infty\right[ alors f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge0 et donc ff est croissante sur cet intervalle.
    Nous traduisons toutes ces informations dans le tableau de variation ci-dessous :
    On a :
    f(−2)=3×(−2)2+12×(−2)−1=−13f\left(-2\right)=3\times\left(-2\right)^{2} +12\times\left(-2\right)-1=-13
    Question 2

    Soit ff la fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=−2x2+90x−400f\left(x\right)=-2x^{2}+90x-400 .
  • Déterminer l'expression de la dérivée f′f' de ff.
  • Etudier le signe de f′(x)f'\left(x\right) en fonction de xx.
  • En déduire le tableau de variation de ff.
  • Cela peut également se résumer en une question : étudier les variations de ff sur R\mathbb{R} .

    Correction
    • Si f′f' est négative sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est décroissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    • Si f′f' est positive sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est croissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    Nous savons que : f′(x)=−4x+90f'\left(x\right)=-4x+90
    Ici la dérivée est une fonction du 11er degré.
    Pour étudier son signe, nous allons résoudre l'inéquation f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0.
    En effet, en résolvant f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0, on déterminera ainsi l'intervalle sur lequel la dérivée est positive ou nulle.
    Il vient alors que :
    f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0 équivaut successivement à
    −4x+90≥0-4x+90\ge 0
    −4x≥−90-4x\ge -90
    x≤−90−4x\le \frac{-90}{-4} . Attention : on change le sens de l’ineˊquation car on divise par un neˊgatif.{\color{red}\text{Attention : on change le sens de l'inéquation car on divise par un négatif.}}
    x≤22,5x\le 22,5
    Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de −4x+90-4x+90 lorsque xx sera inférieur ou égale à 22,522,5.
    Il en résulte donc que :
    • si x∈]−∞;22,5]x\in\left]-\infty;22,5\right] alors f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge0 et donc ff est croissante sur cet intervalle.
    • si x∈[22,5;+∞[x\in\left[22,5;+\infty\right[ alors f′(x)≤0f'\left(x\right)\le0 et donc ff est décroissante sur cet intervalle.
    Nous traduisons toutes ces informations dans le tableau de variation ci-dessous :
    On a :
    f(22.5)=−2×22.52+90×22.5−400=612.5f\left(22.5\right)=-2\times22.5^{2}+90\times22.5-400=612.5
    Question 3

    Soit ff la fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=−x2+6x+2f\left(x\right)=-x^{2} +6x+2 .
  • Déterminer l'expression de la dérivée f′f' de ff.
  • Etudier le signe de f′(x)f'\left(x\right) en fonction de xx.
  • En déduire le tableau de variation de ff.
  • Cela peut également se résumer en une question : étudier les variations de ff sur R\mathbb{R} .

    Correction
    • Si f′f' est négative sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est décroissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    • Si f′f' est positive sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est croissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    ff est dérivable sur R\mathbb{R}.
    f′(x)=−2x+6f'\left(x\right)=-2x+6
    Ici la dérivée est une fonction du 11er degré.
    Pour étudier son signe, nous allons résoudre l'inéquation f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0.
    En effet, en résolvant f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0, on déterminera ainsi l'intervalle sur lequel la dérivée est positive ou nulle.
    Il vient alors que :
    f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0 équivaut successivement à
    −2x+6≥0-2x+6\ge 0
    −2x≥−6-2x\ge -6
    x≤−6−2x\le \frac{-6}{-2} Attention : on change le sens de l’ineˊquation car on divise par un neˊgatif.{\color{red}\text{Attention : on change le sens de l'inéquation car on divise par un négatif.}}
    x≤3x\le 3
    Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de −2x+6-2x+6 lorsque xx sera inférieur ou égale à 33.
    Il en résulte donc que :
    • si x∈]−∞;3]x\in\left]-\infty;3\right] alors f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge0 et donc ff est croissante sur cet intervalle.
    • si x∈[3;+∞[x\in\left[3;+\infty\right[ alors f′(x)≤0f'\left(x\right)\le0 et donc ff est décroissante sur cet intervalle.
    Nous traduisons toutes ces informations dans le tableau de variation ci-dessous :
    On a :
    f(3)=−32+6×3+2=11f\left(3\right)=-3^{2} +6\times3+2=11
    Question 4

    Soit ff la fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=4x2−80x+7f\left(x\right)=4x^{2} -80x+7 .
  • Déterminer l'expression de la dérivée f′f' de ff.
  • Etudier le signe de f′(x)f'\left(x\right) en fonction de xx.
  • En déduire le tableau de variation de ff.
  • Cela peut également se résumer en une question : étudier les variations de ff sur R\mathbb{R} .

    Correction
    • Si f′f' est négative sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est décroissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    • Si f′f' est positive sur [a;b]\left[a;b\right] alors ff est croissante sur [a;b]\left[a;b\right].
    ff est dérivable sur R\mathbb{R}.
    f′(x)=4×2x−80f'\left(x\right)=4\times 2x-80
    f′(x)=8x−80f'\left(x\right)=8x-80
    Ici la dérivée est une fonction du 11er degré.
    Pour étudier son signe, nous allons résoudre l'inéquation f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0.
    En effet, en résolvant f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0, on déterminera ainsi l'intervalle sur lequel la dérivée est positive ou nulle.
    Il vient alors que :
    f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge 0 équivaut successivement à
    8x−80≥08x-80\ge 0
    8x≥808x\ge 80
    x≥808x\ge \frac{80}{8}
    x≥10x\ge 10
    Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 8x−808x-80 lorsque xx sera supérieur ou égale à 1010.
    Il en résulte donc que :
    • si x∈]−∞;10]x\in\left]-\infty;10\right] alors f′(x)≤0f'\left(x\right)\le0 et donc ff est décroissante sur cet intervalle.
    • si x∈[10;+∞[x\in\left[10;+\infty\right[ alors f′(x)≥0f'\left(x\right)\ge0 et donc ff est croissante sur cet intervalle.
    Nous traduisons toutes ces informations dans le tableau de variation ci-dessous :
    On a :
    f(10)=4×102−80×10+7=−393f\left(10\right)=4\times10^{2} -80\times10+7=-393

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