Devoir Libre N°2 – Semestre 2
Étude de Fonctions & Géométrie Espace – Filière d’Excellence
Mathématiques
1ère Année Bac Sciences Mathématiques
Nom et Prénom : …………………………………………………………… Classe : ………… Note : …….. / 20
Exercice 1 : Analyse (10 points)
On considère la fonction \(f\) définie par : \(f(x) = \frac{x^3}{x^2 – 1}\).
Soit \((C_f)\) sa courbe représentative dans un repère orthonormé \((O, \vec{i}, \vec{j})\).
Partie A : Étude des variations et asymptotes
- Déterminer \(D_f\) et étudier la parité de \(f\). Que peut-on en déduire pour \((C_f)\) ?
- Calculer les limites aux bornes de \(D_f\). Préciser les asymptotes verticales.
- Montrer que pour tout \(x \in D_f\), \(f'(x) = \frac{x^2(x^2 – 3)}{(x^2 – 1)^2}\).
- Étudier le signe de \(f'(x)\) et dresser le tableau de variations complet.
- Déterminer les réels \(a, b\) tels que \(f(x) = ax + \frac{bx}{x^2 – 1}\).
- Montrer que la droite \((\Delta) : y = x\) est une asymptote oblique à \((C_f)\).
Étudier la position relative de \((C_f)\) et \((\Delta)\).
Partie B : Concavité et Tracé
- Calculer \(f »(x)\).
- Étudier la concavité de \((C_f)\) et déterminer les coordonnées des points d’inflexion s’ils existent.
- Construire les asymptotes, les tangentes aux points d’inflexion (s’il y en a) et la courbe \((C_f)\).
Exercice 2 : Géométrie Vectorielle (5 points)
Soit \(ABCD\) un tétraèdre. On considère les points \(I, J, K, L\) définis par :
- \(I\) est le milieu de \([AB]\).
- \(J\) est le milieu de \([CD]\).
- \(\vec{AK} = \frac{1}{3}\vec{AD}\) et \(\vec{CL} = \frac{1}{3}\vec{CB}\).
- Exprimer le vecteur \(\vec{IJ}\) en fonction de \(\vec{AD}\) et \(\vec{BC}\).
(Utiliser la relation de Chasles : \(\vec{IJ} = \vec{IA} + \vec{AD} + \vec{DJ}\)…). - Exprimer le vecteur \(\vec{KL}\) en fonction de \(\vec{AD}\) et \(\vec{BC}\).
- En déduire que les vecteurs \(\vec{IJ}\) et \(\vec{KL}\) sont colinéaires.
- Que peut-on dire des droites \((IJ)\) et \((KL)\) ?
- Les points \(I, J, K, L\) sont-ils coplanaires ? Justifier.
Exercice 3 : Droites et Plans (5 points)
Dans l’espace rapporté à un repère orthonormé \((O, \vec{i}, \vec{j}, \vec{k})\), on considère :
- Les points \(A(1, 2, -1)\), \(B(3, 0, 1)\) et \(C(2, 4, 0)\).
- La droite \((D)\) passant par \(E(0, 1, 1)\) et de vecteur directeur \(\vec{u}(1, -1, 2)\).
- Équation de Plan :
a) Montrer que les points \(A, B, C\) définissent un plan \((P)\).
b) Vérifier que le vecteur \(\vec{n}(1, 1, 2)\) est normal au plan \((P)\). (Calculer \(\vec{n} \cdot \vec{AB}\) et \(\vec{n} \cdot \vec{AC}\)).
c) Déterminer une équation cartésienne du plan \((P)\). - Intersection Droite/Plan :
a) Donner une représentation paramétrique de la droite \((D)\).
b) Déterminer les coordonnées du point d’intersection \(H\) de la droite \((D)\) et du plan \((P)\). - Orthogonalité :
La droite \((D)\) est-elle orthogonale au plan \((P)\) ? Justifier.
