SÉRIE D’EXERCICES COMPLÈTE – MATHÉMATIQUES
Chapitre 10 : Étude des Fonctions
Analyse, Branches Infinies & Concavité – Niveau 1Bac SM
Soit \(f\) la fonction définie par : \(f(x) = \frac{x^3}{x^2 – 1}\).
- Déterminer \(D_f\) et étudier la parité de \(f\). Interpréter graphiquement.
- Calculer les limites de \(f\) aux bornes de \(D_f\). Préciser les asymptotes verticales.
- Étudier les branches infinies de la courbe \((C_f)\) au voisinage de \(+\infty\).
- Calculer \(f'(x)\) et dresser le tableau de variations complet de \(f\).
- Calculer \(f »(x)\) et étudier la concavité de la courbe. Préciser le point d’inflexion.
- Construire la courbe \((C_f)\) dans un repère orthonormé.
Soit \(g(x) = \frac{2x^2 + x – 1}{x – 1}\).
- Déterminer les réels \(a, b, c\) tels que \(g(x) = ax + b + \frac{c}{x – 1}\).
- Montrer que la droite \((\Delta) : y = 2x + 3\) est une asymptote oblique à \((C_g)\).
- Étudier la position relative de \((C_g)\) par rapport à \((\Delta)\).
- Montrer que le point \(\Omega(1, 5)\) est un centre de symétrie de la courbe.
Déterminer la nature des branches infinies des fonctions suivantes au voisinage de \(+\infty\) :
- \(f_1(x) = x^2 – \sqrt{x}\)
- \(f_2(x) = x + \sqrt{x}\)
- \(f_3(x) = \sqrt{x^2 + x + 1}\)
- \(f_4(x) = \frac{x^2}{\sqrt{x+1}}\)
Soit \(h(x) = x + \sqrt{x^2 – 1}\).
- Déterminer \(D_h\).
- Étudier la dérivabilité de \(h\) à droite en 1 et à gauche en -1. Interpréter.
- Calculer \(\lim_{x \to +\infty} h(x)\) et \(\lim_{x \to -\infty} h(x)\).
- Montrer que la droite \(y = 2x\) est une asymptote oblique en \(+\infty\).
- Déterminer la branche infinie au voisinage de \(-\infty\).
Soit \(f(x) = x^4 – 6x^2 + 4x – 1\).
- Calculer \(f'(x)\) et \(f »(x)\).
- Étudier le signe de \(f »(x)\) et en déduire la concavité de \((C_f)\).
- Déterminer les coordonnées des points d’inflexion de \((C_f)\).
- Déterminer l’équation de la tangente à la courbe en chacun de ces points.
- Montrer que la droite \(x = 2\) est un axe de symétrie pour \(f(x) = \sqrt{-x^2 + 4x + 5}\).
- Montrer que le point \(\Omega(1, 2)\) est un centre de symétrie pour \(g(x) = \frac{2x + 1}{x – 1}\).
Soit \(f(x) = \cos(2x) – 2\cos(x)\).
- Déterminer la période de \(f\).
- Étudier la parité et réduire l’intervalle d’étude à \(I = [0, \pi]\).
- Calculer \(f'(x)\) et factoriser l’expression à l’aide de \(\sin(x)\).
- Dresser le tableau de variations sur \(I\).
- Déterminer les points d’intersection de la courbe avec l’axe des abscisses sur \([-\pi, \pi]\).
Partie A : Soit \(g(x) = 2x^3 – 3x^2 – 1\).
Étudier les variations de \(g\) et montrer que \(g(x) = 0\) admet une unique solution \(\alpha \in ]1,6 ; 1,7[\).
Partie B : Soit \(f(x) = \frac{1 – x}{1 + x^3}\).
Montrer que \(f'(x) = \frac{g(x)}{(1 + x^3)^2}\) et en déduire les variations de \(f\).
Soit \(f\) la fonction définie sur \(\mathbb{R}\) par : \[ \begin{cases} f(x) = \frac{\sin(ax)}{x} & \text{si } x < 0 \\ f(x) = x^2 + x + b & \text{si } x \ge 0 \end{cases} \]
- Déterminer une relation entre \(a\) et \(b\) pour que \(f\) soit continue en 0.
- Déterminer les valeurs de \(a\) et \(b\) pour que \(f\) soit dérivable en 0.
On considère un rectangle inscrit dans un demi-cercle de rayon \(R = 5\). La base du rectangle est située sur le diamètre.
- Soit \(x\) la demi-longueur du rectangle. Exprimer la hauteur \(h\) en fonction de \(x\).
- Montrer que l’aire du rectangle est \(A(x) = 2x\sqrt{25 – x^2}\).
- Étudier les variations de la fonction \(A\) sur \([0, 5]\).
- En déduire les dimensions du rectangle d’aire maximale.
