Exercices types : 22ème partie - Exercice 4

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Soit ff la fonction définie sur R\mathbb{R} par f(x)=(x2+x+1)e−x−1f\left(x\right)=\left(x^{2} +x+1\right)e^{-x} -1
Question 1

Montrer que, pour tout réel xx, on a : f′(x)=e−x(x−x2)f'\left(x\right)=e^{-x} \left(x-x^{2} \right)

Correction
Soit : f(x)=(x2+x+1)e−x−1f\left(x\right)=\left(x^{2} +x+1\right)e^{-x} -1 .
ff est dérivable sur ]−∞;+∞[\left]-\infty ;+\infty \right[
Ici on reconnaît la forme (uv+w)′=u′v+uv′+w′\left(uv+w\right)'=u'v+uv'+w' avec u(x)=x2+x+1u\left(x\right)=x^{2} +x+1 et v(x)=e−xv\left(x\right)=e^{-x} .
On note w(x)=−1w\left(x\right)=-1.
Ainsi u′(x)=2x+1u'\left(x\right)=2x+1 et v′(x)=−e−xv'\left(x\right)=-e^{-x} , enfin w′(x)=0w'\left(x\right)=0
Il vient alors que :
f′(x)=(2x+1)e−x+(x2+x+1)×(−e−x)f'\left(x\right)=\left(2x+1\right)e^{-x} +\left(x^{2} +x+1\right)\times \left(-e^{-x} \right)
f′(x)=2x×e−x+1×e−x+x2×(−e−x)+x×(−e−x)+1×(−e−x)f'\left(x\right)=2x\times e^{-x} +1\times e^{-x} +x^{2} \times \left(-e^{-x} \right)+x\times \left(-e^{-x} \right)+1\times \left(-e^{-x} \right)
f′(x)=2xe−x+e−x−x2e−x−xe−x−e−xf'\left(x\right)=2xe^{-x} +e^{-x} -x^{2} e^{-x} -xe^{-x} -e^{-x}
f′(x)=xe−x−x2e−xf'\left(x\right)=xe^{-x} -x^{2} e^{-x} . Nous allons maintenant factoriser par e−xe^{-x} .
f′(x)=e−x(x−x2)f'\left(x\right)=e^{-x} \left(x-x^{2} \right)

Question 2

En déduire le sens de variation de ff puis dresser son tableau de variation.

Correction
Nous savons d'après la question précédente que : f′(x)=e−x(−x2+x)f'\left(x\right)=e^{-x} \left(-x^{2} +x\right)
Pour tout réel xx, on a e−x>0e^{-x} >0.
Pour l'étude de −x2+x-x^{2} +x, on va utiliser le discriminant.
Or Δ=b2−4ac\Delta =b^{2} -4ac donc Δ=1\Delta =1.
Il existe donc deux racines réelles distinctes.
  • x1=−b−Δ2ax_{1} =\frac{-b-\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x1=1x_{1} =1.
  • x2=−b+Δ2ax_{2} =\frac{-b+\sqrt{\Delta } }{2a} ce qui donne x2=0x_{2} =0.
Comme a=−1<0a=-1<0, la parabole est tournée vers le bas c'est-à-dire que ff 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 :
De plus :
f(0)=(02+0+1)e−0−1⇔f(0)=0f\left(0\right)=\left(0^{2} +0+1\right)e^{-0} -1\Leftrightarrow f\left(0\right)=0
f(1)=(12+1+1)e−1−1⇔f(1)=3e−1−1f\left(1\right)=\left(1^{2} +1+1\right)e^{-1} -1\Leftrightarrow f\left(1\right)=3e^{-1} -1

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