Devoir Libre N°3 – Semestre 2
Étude de Fonctions & Géométrie dans l’Espace
Mathématiques
Niveau : 1ère Année Bac Sc. Expérimentales
Nom et Prénom : ……………………………………………………………………………… Classe : ………… Note : …….. / 20
Exercice 1 : Problème d’Analyse (12 points)
Partie A : Étude d’une fonction auxiliaire
Soit \(g\) la fonction définie sur \(\mathbb{R}\) par : \(g(x) = x^3 – 3x – 4\).
- Calculer les limites de \(g\) en \(-\infty\) et \(+\infty\).
- Calculer \(g'(x)\) et étudier son signe.
- Dresser le tableau de variations de \(g\).
- Montrer que l’équation \(g(x) = 0\) admet une unique solution \(\alpha\) sur \(\mathbb{R}\).
Vérifier que \(2,1 < \alpha < 2,2\). - En déduire le signe de \(g(x)\) sur \(\mathbb{R}\).
Partie B : Étude de la fonction principale
On considère la fonction \(f\) définie sur \(\mathbb{R} \setminus \{-1, 1\}\) par : \[ f(x) = \frac{x^3 + 2x^2}{x^2 – 1} \]
- Calculer les limites de \(f\) aux bornes de son domaine de définition. En déduire les asymptotes verticales.
- Montrer que pour tout \(x \in D_f\) : \[ f'(x) = \frac{x \cdot g(x)}{(x^2 – 1)^2} \]
- Étudier le signe de \(f'(x)\) (utiliser la Partie A) et dresser le tableau de variations de \(f\).
- Montrer que la droite \((\Delta)\) d’équation \(y = x + 2\) est une asymptote oblique à la courbe \((C_f)\) au voisinage de \(\pm\infty\).
- Étudier la position relative de \((C_f)\) par rapport à \((\Delta)\).
Exercice 2 : Géométrie dans l’Espace (8 points)
Soit \(ABCDEFGH\) un cube d’arête \(a\). On note \(I\) le milieu de \([AB]\) et \(J\) le milieu de \([HG]\).
Partie A : Positions relatives
- Montrer que les droites \((IJ)\) et \((BG)\) sont orthogonales.
(On pourra utiliser le produit scalaire dans un repère orthonormé ou des propriétés géométriques). - Montrer que la droite \((FB)\) est perpendiculaire au plan \((ABC)\).
- Déterminer l’intersection des plans \((AIC)\) et \((FGE)\).
Partie B : Calculs de volumes
On considère le tétraèdre \(FABC\).
- Quelle est la nature du triangle \(ABC\) ? Calculer son aire.
- La hauteur du tétraèdre issue de \(F\) est le segment \([FB]\). Justifier.
- Calculer le volume du tétraèdre \(FABC\).
- Soit \(K\) un point de \([FB]\) tel que \(FK = \frac{1}{3}FB\). On coupe le tétraèdre par un plan passant par \(K\) et parallèle à la base \(ABC\).
Calculer le volume du petit tétraèdre ainsi formé.
