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Section outline

    • Partie A

      Soit \( g\) la fonction sur \( \mathbb{R}\) définie par :
      \[
      g(x) = 1 - x e^{1+x}
      \]


          * Dresser le tableau de variation de \( g\).
          * Montrer que l'équation \( g(x) = 0\) admet une solution unique \( x_0 \in ]0, \frac{1}{2}[\).
          * Déduire suivant les valeurs de \( x\) le signe de \( g(x)\).

      Partie B 

      On considère la fonction \( f\) définie par :
      \[
      f(x) = \frac{x+1}{1+e^{x+1}}.
      \]

      Solution:

      Partie A :

      1. Étude des variations de \( g\) 

      Calculons la dérivée \( g'(x)\) :

      \[
      g'(x) = -\left( e^{1+x} + x e^{1+x} \right).
      \]

      Factorisons :
      \[
      g'(x) = - e^{1+x} (1 + x).
      \]

      Le facteur \( e^{1+x}\) est toujours strictement positif, donc le signe de \( g'(x)\) est déterminé par \( (1 + x)\)

      - Si \( x > -1\), alors \( 1 + x > 0\) et donc \( g'(x) < 0\).
      - Si \( x < -1\), alors \( 1 + x < 0\) et donc \( g'(x) > 0\).



      Tableau de variations:
      \[
      \begin{array}{|c|ccccc|}
      \hline
      x & -\infty & & -1 & & +\infty \\ 
      \hline
      1+x & & - & 0 & + & \\ 
      \hline
      g'(x) & & + & 0 & - & \\ 
      \hline
      g(x) & \begin{array}{c} \\ \nearrow \\  -\infty \end{array} & & \text{Maximum} & & \begin{array}{c} \searrow \\  -\infty \end{array} \\ 
      \hline
      \end{array}
      \]


          *  \( g \) est croissante  sur \( ]-\infty, -1[ \) (car \( g'(x) > 0 \)).
          *  \( g \) est décroissante  sur \( ]-1, +\infty[ \) (car \( g'(x) < 0 \)).
          * \( g \) admet un  maximum  en \( x = -1 \).
          * Les limites nécessitent l'expression de \( g(x) \) pour être déterminées précisément.

      Conclusion :

      - \( g(x)\) est croissante sur \( ]-\infty, -1]\).
      - \( g(x)\) est décroissante sur \( [-1, +\infty[\).

      On calcule \( g(-1)\) :
      \[
      g(-1) = 1 - (-1) e^{0} = 1 + 1 = 2.
      \]

      Ainsi, \( g(x)\) atteint un maximum en \( x = -1\) avec \( g(-1) = 2\).

      2. Résolution de \( g(x) = 0\) 

      L'équation \( g(x) = 0\) revient à :
      \[
      1 = x e^{1+x}.
      \]

      Définissons la fonction auxiliaire :
      \[
      h(x) = x e^{1+x}.
      \]

      Nous avons déjà établi que \( h(x)\) est strictement croissante sur \( ]0, +\infty[\), donc l'équation \( h(x) = 1\) admet au plus une solution unique dans cet intervalle.

      Or, en testant les valeurs :
      \[
      h(0) = 0, \quad h\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{1}{2} e^{3/2} > 1.
      \]

      Par le théorème des valeurs intermédiaires, il existe une solution unique \( x_0 \in ]0, \frac{1}{2}[\).

      3. Signe de \( g(x)\) 

      - Pour \( x < x_0\), on a \( g(x) > 0\).
      - Pour \( x > x_0\), on a \( g(x) < 0\).

      Partie B

      Étude de la fonction \( f(x)\)}

      On pose :
      \[
      f(x) = \frac{x+1}{1+e^{x+1}}.
      \]

      Calculons sa dérivée :
      \[
      f'(x) = \frac{(1+e^{x+1}) - (x+1) e^{x+1}}{(1+e^{x+1})^2}.
      \]

      Factorisons le numérateur :
      \[
      f'(x) = \frac{1 - x e^{x+1}}{(1+e^{x+1})^2}.
      \]

      Or, nous avons vu que l'équation \( 1 - x e^{x+1} = 0\) admet une solution unique \( x_0\). Donc :

      - Pour \( x < x_0\), on a \( f'(x) > 0\) \( \Rightarrow\) \( f\) est croissante.
      - Pour \( x > x_0\), on a \( f'(x) < 0\) \( \Rightarrow\) \( f\) est décroissante.

      La fonction \( f(x)\) admet un maximum en \( x_0\).

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