Comment étudier les variations d'une fonction de la forme f(x)=ax3+bx2+cx+df\left(x\right)=ax^3+bx^2+cx+d - Exercice 3

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Question 1

Soit ff la fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=13x3−4x2+7x−9f\left(x\right)=\frac{1}{3} x^{3} -4x^{2} +7x-9 .
  • 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)=x2−8x+7f'\left(x\right)=x^{2}-8x+7
    Ici la dérivée est une fonction du 22ème degré.
    Pour l'étude du signe de x2−8x+7x^{2}-8x+7, on va utiliser le discriminant.
    Alors a=1a=1; b=−8b=-8 et c=7c=7.
    Or Δ=b2−4ac\Delta =b^{2} -4ac donc Δ=(−8)2−4×1×7=36\Delta = \left(-8\right)^{2}-4\times1\times7=36.
    Il existe donc deux racines réelles distinctes.
    • x1=−b−Δ2ax_{1} =\frac{-b-\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x1=−(−8)−362×1x_{1} =\frac{-\left(-8\right)-\sqrt{36 } }{2\times 1} d'où : x1=1x_{1} =1.
    • x2=−b+Δ2ax_{2} =\frac{-b+\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x2=−(−8)+362×1x_{2} =\frac{-\left(-8\right)+\sqrt{36 } }{2\times 1} d'où : x2=7x_{2} =7.
    Comme a=1>0a=1>0, la parabole est tournée vers le haut c'est-à-dire que f′f' est du signe de aa à l'extérieur des racines et du signe opposé à aa entre les racines.
    On en déduit le tableau de variation suivant :
  • f(0)=13×03−4×02+7×0−9f\left(0\right)= \frac{1}{3}\times 0^{3} -4\times 0^{2} +7\times 0-9 d'où f(0)=−9f\left(0\right)= -9
  • f(1)=13×13−4×12+7×1−9f\left(1\right)= \frac{1}{3}\times 1^{3} -4\times 1^{2} +7\times 1-9 d'où f(1)=−173f\left(1\right)= -\frac{17}{3}
  • f(7)=13×73−4×72+7×7−9f\left(7\right)= \frac{1}{3}\times 7^{3} -4\times 7^{2} +7\times 7-9 d'où f(7)=−1253f\left(7\right)= -\frac{125}{3}
  • f(10)=13×103−4×102+7×10−9f\left(10\right)= \frac{1}{3}\times 10^{3} -4\times 10^{2} +7\times 10-9 d'où f(10)=−173f\left(10\right)= -\frac{17}{3}
  • Question 2

    Soit ff la fonction définie sur [−2;2]\left[-2;2\right] par f(x)=−2x3−3x2f\left(x\right)=-2x^{3} -3x^{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 [−2;2]\left[-2;2\right] .

    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)=−6x2−6xf'\left(x\right)=-6x^{2}-6x
    Ici la dérivée est une fonction du 22ème degré.
    Pour l'étude du signe de −6x2−6x-6x^{2}-6x, on va utiliser le discriminant.
    Alors a=−6a=-6; b=−6b=-6 et c=0c=0.
    Or Δ=b2−4ac\Delta =b^{2} -4ac donc Δ=(−6)2−4×(−6)×0=36\Delta = \left(-6\right)^{2}-4\times(-6)\times0=36.
    Il existe donc deux racines réelles distinctes.
    • x1=−b−Δ2ax_{1} =\frac{-b-\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x1=−(−6)−362×(−6)x_{1} =\frac{-\left(-6\right)-\sqrt{36 } }{2\times (-6)} d'où : x1=0x_{1} =0.
    • x2=−b+Δ2ax_{2} =\frac{-b+\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x2=−(−6)+362×(−6)x_{2} =\frac{-\left(-6\right)+\sqrt{36 } }{2\times (-6)} d'où : x2=−1x_{2} =-1.
    Comme a=−6<0a=-6<0, la parabole est tournée vers le bas c'est-à-dire que f′f' est du signe de aa à l'extérieur des racines et du signe opposé à aa entre les racines.
    On en déduit le tableau de variation suivant :
  • f(−2)=−2×(−2)3−3×(−2)2f\left(-2\right)= -2\times\left(-2\right)^{3} -3\times\left(-2\right)^{2} d'où f(−2)=4f\left(-2\right)= 4
  • f(−1)=−2×(−1)3−3×(−1)2f\left(-1\right)= -2\times \left(-1\right)^{3} -3 \times \left(-1\right)^{2} d'où f(−1)=−1f\left(-1\right)= -1
  • f(0)=−2×03−3×02f\left(0\right)= -2\times 0^{3} -3\times0^{2} d'où f(0)=0f\left(0\right)= 0
  • f(2)=−2×23−3×22f\left(2\right)=-2 \times 2^{3} -3\times 2^{2} d'où f(2)=−28f\left(2\right)= -28
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