Exercices types : 11ère partie - Exercice 3

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Soit ff une fonction définie et continue sur ]−∞;+∞[\left]-\infty;+\infty\right[ par f(x)=−4e−2x+3f\left(x\right)=-4e^{-2x+3}
Question 1

Etudier la convexité de ff.

Correction
  • (eu)′=u′eu\left(e^{u} \right)^{'} =u'e^{u}
  • ff est dérivable sur R\mathbb{R}.
    Ici u(x)=−2x+3u\left(x\right)=-2x+3 et donc u′(x)=−2u'\left(x\right)=-2.
    Ainsi :
    f′(x)=−4×(−2)×e−2x+3f'\left(x\right)=-4\times \left(-2\right)\times e^{-2x+3}
    f′(x)=8e−2x+3f'\left(x\right)=8e^{-2x+3}

    Nous allons calculer maintenant f′′f''.
    f′f' est dérivable sur R\mathbb{R}.
    Ici u(x)=−2x+3u\left(x\right)=-2x+3 et donc u′(x)=−2u'\left(x\right)=-2.
    Ainsi :
    f′′(x)=8×(−2)×e−2x+3f''\left(x\right)=8\times \left(-2\right)\times e^{-2x+3}
    f′′(x)=−16e−2x+3f''\left(x\right)=-16e^{-2x+3}

    Pour étudier la convexité de la fonction ff, il faut étudier le signe de f′′f''.
    • Lorsque f′′(x)≥0f''\left(x\right)\ge 0 sur un intervalle [a,b]\left[a,b\right] alors ff est convexe.
    • Lorsque f′′(x)≤0f''\left(x\right)\le 0 sur un intervalle [a,b]\left[a,b\right] alors ff est concave.
    Pour tout réel xx appartenant à l'intervalle ]−∞;+∞[\left]-\infty;+\infty\right[, on vérifie aisément que e−2x+3>0e^{-2x+3}>0 et que −16<0-16<0 .
    Il en résulte donc que f′′(x)<0f''\left(x\right)<0 .

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