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Exercices corrigésNiveau : TLE SPÉ

Convexité et point d’inflexion : exercices corrigés

2 types d’exercices, trois exemples corrigés pour chacun. Tout se fait sans calculatrice. Pour une série sans fin, avec ta maîtrise de la notion, passe par l’exerciseur.

  • 6 exercices
  • corrigés pas à pas
  • sans calculatrice
  • terminale

Convexité et point d’inflexion

S’entraîner sur ce type

ff est convexe là où f′′≥0f'' \geq 0, concave là où f′′≤0f'' \leq 0. Un point d’inflexion correspond à un changement de signe de f′′f''.

1.

Sur quel intervalle la fonction f est-elle convexe ?

f(x)=−x3−6x+2f(x) = -x^3 - 6x + 2
Corrigé
  1. f′(x)=−3x2−6f′′(x)=−6xf'(x) = -3x^2 - 6 \qquad f''(x) = -6x
  2. f′′(x)≥0  ⟺  x≤0f''(x) \geq 0 \iff x \leq 0 : ff est convexe sur ]−∞ ; 0]\mathopen{]}-\infty \,;\, 0\mathclose{]}.

RéponseI = ]−∞ ; 0]\mathopen{]}-\infty \,;\, 0\mathclose{]}

2.

Quelle est l’abscisse du point d’inflexion de la courbe de f ?

f(x)=2x3−18x2+4x−1f(x) = 2x^3 - 18x^2 + 4x - 1
Corrigé
  1. f′(x)=6x2−36x+4f′′(x)=12x−36f'(x) = 6x^2 - 36x + 4 \qquad f''(x) = 12x - 36
  2. f′′f'' s’annule en 33 en changeant de signe : point d’inflexion d’abscisse 33.

Réponsex = 33

3.

Sur quel intervalle la fonction f est-elle convexe ?

f(x)=x3+6x2+2x+5f(x) = x^3 + 6x^2 + 2x + 5
Corrigé
  1. f′(x)=3x2+12x+2f′′(x)=6x+12f'(x) = 3x^2 + 12x + 2 \qquad f''(x) = 6x + 12
  2. f′′(x)≥0  ⟺  x≥−2f''(x) \geq 0 \iff x \geq -2 : ff est convexe sur [−2 ; +∞[\mathopen{[}-2 \,;\, +\infty\mathclose{[}.

RéponseI = [−2 ; +∞[\mathopen{[}-2 \,;\, +\infty\mathclose{[}

Convexité d’une fonction avec l’exponentielle

S’entraîner sur ce type

On calcule f′′f'' ; comme ex>0\mathrm{e}^{x} > 0, son signe est celui du facteur affine. ff est convexe là où f′′≥0f'' \geq 0 ; le point d’inflexion est là où f′′f'' change de signe.

4.

Sur quel intervalle la fonction f est-elle convexe ?

f(x)=(3x−18)exf(x) = (3x - 18)\mathrm{e}^{x}
Corrigé
  1. f′(x)=3ex+(3x−18)ex=(3x−15)exf'(x) = 3\mathrm{e}^{x} + (3x - 18)\mathrm{e}^{x} = (3x - 15)\mathrm{e}^{x}
  2. f′′(x)=(3x−12)exf''(x) = (3x - 12)\mathrm{e}^{x}
  3. Comme ex>0\mathrm{e}^{x} > 0, f′′(x)f''(x) a le signe de 3x−123x - 12, qui s’annule en 44 en changeant de signe.
  4. f est convexe laˋ ouˋ f′′≥0 : [4 ; +∞[f \text{ est convexe là où } f'' \geq 0 \text{ : } \mathopen{[}4 \,;\, +\infty\mathclose{[}

Réponsex ∈ [4 ; +∞[\mathopen{[}4 \,;\, +\infty\mathclose{[}

5.

Sur quel intervalle la fonction f est-elle convexe ?

f(x)=(x−5)exf(x) = (x - 5)\mathrm{e}^{x}
Corrigé
  1. f′(x)=ex+(x−5)ex=(x−4)exf'(x) = \mathrm{e}^{x} + (x - 5)\mathrm{e}^{x} = (x - 4)\mathrm{e}^{x}
  2. f′′(x)=(x−3)exf''(x) = (x - 3)\mathrm{e}^{x}
  3. Comme ex>0\mathrm{e}^{x} > 0, f′′(x)f''(x) a le signe de x−3x - 3, qui s’annule en 33 en changeant de signe.
  4. f est convexe laˋ ouˋ f′′≥0 : [3 ; +∞[f \text{ est convexe là où } f'' \geq 0 \text{ : } \mathopen{[}3 \,;\, +\infty\mathclose{[}

Réponsex ∈ [3 ; +∞[\mathopen{[}3 \,;\, +\infty\mathclose{[}

6.

Quelle est l’abscisse du point d’inflexion de la courbe de f ?

f(x)=(3x−15)exf(x) = (3x - 15)\mathrm{e}^{x}
Corrigé
  1. f′(x)=3ex+(3x−15)ex=(3x−12)exf'(x) = 3\mathrm{e}^{x} + (3x - 15)\mathrm{e}^{x} = (3x - 12)\mathrm{e}^{x}
  2. f′′(x)=(3x−9)exf''(x) = (3x - 9)\mathrm{e}^{x}
  3. Comme ex>0\mathrm{e}^{x} > 0, f′′(x)f''(x) a le signe de 3x−93x - 9, qui s’annule en 33 en changeant de signe.
  4. f′′f'' change de signe en 33 : la courbe a un point d’inflexion d’abscisse 33.

Réponsex = 33