Polynésie 2012. Enseignement spécifique

EXERCICE 1

      • $B\in\Gamma\lra f(100)=100\lra100e^{100a+b}=100\lra e^{100a+b}=1\lra100a+b=\ln1\lra100a+b=0$.

      • $C\in\Gamma\lra f(50)=\dfrac{50}{\sqrt{e}}\lra 50e^{50a+b}=\dfrac{50}{\sqrt{e}}\lra e^{50a+b}=e^{-\frac{1}{2}}\lra50a+b=-\dfrac{1}{2}$.

      Donc le couple $(a;b)$ est solution du système :

      $\left\{ \begin{array}{l} 100a+b=0\\ 50a+b=-\dfrac{1}{2} \end{array} \right.$.

    1. $\left\{ \begin{array}{l} 100a+b=0\\ 50a+b=-\dfrac{1}{2} \end{array} \right.\lra\left\{ \begin{array}{l} b=-100a\\ 50a-100a=-\dfrac{1}{2} \end{array} \right.\lra\left\{ \begin{array}{l} b=-100a\\ a=\dfrac{1}{100} \end{array} \right.\lra\left\{ \begin{array}{l} a=0,01\\ b=-1 \end{array} \right.$.

      Donc,

      pour tout réel $x$, $f(x)=xe^{0,01x-1}$.


  1. $\displaystyle\lim_{x\rightarrow+\infty}e^{0,01x-1}=\displaystyle \lim_{X\rightarrow+\infty}e^X=+\infty$. D'autre part, $\dlim{x}{+\infty}x=+\infty$ et en multipliant, on obtient

    $\displaystyle\lim_{x\rightarrow+\infty}f(x)=+\infty$.


    1. Soit $x$ un réel.
      $f(x)=xe^{0,01x-1}=x\times e^{0,01x}\times e^{-1}=\dfrac{1}{e}\times xe^{0,01x}=\dfrac{100}{e}\times 0,01xe^{0,01x}$.

    2. $\displaystyle\lim_{x\rightarrow-\infty}0,01xe^{0,01x}=\displaystyle\lim_{X\rightarrow-\infty}Xe^{X}=0$ d'après un théorème de croissances comparées.

      Par suite, $\displaystyle\lim_{x\rightarrow-\infty}\dfrac{100}{e}\times0,01xe^{0,01x}=\dfrac{100}{e}\times0=0$. Finalement,

      $\displaystyle\lim_{x\rightarrow-\infty}f(x)=0$.


  2. La fonction $f$ est dérivable sur $\mathbb{R}$ en tant que produit de fonctions dérivables sur $\mathbb{R}$ et pour tout réel $x$, $$f'(x)=1\times e^{0,01x-1}+x\times(0,01x-1)'e^{0,01x-1}=(1+0,01x)e^{0,01x-1}.$$

    Pour tout réel $x$, $e^{0,01x-1}>0$ et donc pour tout réel $x$, $f'(x)$ est du signe de $1+0,01x$.

    Or, $1+0,01x>0\lra x>-\dfrac{1}{0,01}\lra x>-100$ et de même $1+0,01x=0\lra x=-100$. Donc, la fonction $f'$ est strictement positive sur $]-100,+\infty[$, strictement négative sur $]-\infty,-100[$ et s'annule en $-100$.

    On en déduit le tableau de variations de la fonction $f$ :

    image/svg+xml 0 +

  3. Pour tout réel $x$,
    $f(x)-x=xe^{0,01x-1}-x=x\left(1-e^{0,01x-1}\right)$.

    Etudions le signe de $1-e^{0,01x-1}$. Pour tout réel $x$,

    \begin{align*} 1-e^{0,01x-1}>0&\lra-e^{0,01x-1}>-1\lra e^{0,01x-1}< 1\lra 0,01x-1< 0\lra x<\dfrac{1}{0,01}\\ &\lra x< 100, \end{align*}

    et de même $1-e^{0,01x-1}=0\lra x=100$. Etudions alors le signe de $f(x)-x$ dans un tableau de signes.

    image/svg+xml ++ −− + + +

    On en déduit que $\Gamma$ est strictement au-dessus de $\Delta$ sur $]-\infty,0[$ et sur $]100,+\infty[$, strictement au-dessous sur $]0,100[$ et enfin, $\Gamma$ et $\Delta$ se coupent aux points $O(0,0)$ et $B(100,100)$.


    1. $F$ est dérivable sur $[0,100]$ et pour tout $x$ de $[0,100]$, $$F'(x)=ce^{0,01x-1}+(cx+d)\times0,01e^{0,01x-1}=(0,01cx+c+0,01d)e^{0,01x-1}.$$

      Par suite,

      \begin{align*} \text{pour tout réel}\;x\;\text{de}\;[0,100],\;F'(x)=xe^{0,01x-1}&\Leftrightarrow \text{pour tout réel}\;x\;\text{de}\;[0,100],\;(0,01cx+c+0,01d)e^{0,01x-1}=xe^{0,01x-1}\\ &\Leftarrow\text{pour tout réel}\;x\;\text{de}\;[0,100],\;0,01cx+c+0,01d=x\\ &\Leftarrow\left\{ \begin{array}{l} 0,01c=1\\ c+0,01d=0 \end{array} \right.\Leftarrow\left\{ \begin{array}{l} c=100\\ d=-10000 \end{array} \right. \end{align*}

      Ainsi, une primitive de la fonction $f$ sur $[0,100]$ est la fonction $x\mapsto(100x-10000)e^{0,01x-1}$.

    2. On en déduit que $$ \dint{0}{1}f(t)\;dt=\left[(100t-10000)e^{0,01t-1}\right]_0^{100}=0-(-10000)e^{-1}=\dfrac{10000}{e}. $$

    3. D'après la question 5), la courbe $\Gamma$ est au-dessous de la droite $(D)$ sur $[0,100]$. Donc, \begin{align*} A&=\dint{0}{100}(t-f(t))\;dt=\dint{0}{100}t\;dt-\dint{0}{100}f(t)\;dt\;(\text{par linéarité de l'intégrale})\\ &=\left[\dfrac{t^2}{2}\right]_0^{100}-\dfrac{10000}{e}=\dfrac{10000}{2}-\dfrac{10000}{e}=\dfrac{10000(e-2)}{2e}\\ &=\dfrac{5000(e-2)}{e}. \end{align*}

      $A=\dfrac{5000(e-2)}{e}$.

      image/svg+xml 140 120 100 80 60 40 2020406080100120140 2020406080100120140160180