2ÈME ANNÉE BAC SCIENCES PHYSIQUES – MATHÉMATIQUES
Chapitre 2 : Dérivation et Étude des Fonctions
Série d’exercices d’application et de synthèse
Exercice 1 : Dérivabilité en un point
Étudier la dérivabilité de la fonction \( f \) au point \( x_0 \) et interpréter géométriquement le résultat :
- \( f(x) = x|x-2| \) en \( x_0 = 2 \).
- \( f(x) = \sqrt{x^2+x} \) en \( x_0 = 0 \) (à droite).
- \( f(x) = \frac{\sin(x)}{x} \) pour \( x \neq 0 \) et \( f(0)=1 \) en \( x_0 = 0 \).
Exercice 2 : Calcul des fonctions dérivées
Calculer la dérivée \( f'(x) \) pour chacune des fonctions suivantes sur leur domaine de dérivabilité :
- \( f(x) = (3x^2 – 5x + 1)^4 \)
- \( f(x) = \frac{2x+3}{\sqrt{x^2+1}} \)
- \( f(x) = \cos^3(2x+1) \)
- \( f(x) = \sqrt[3]{x^2-x} \)
Exercice 3 : Équation de la tangente
Soit \( f \) la fonction définie par \( f(x) = \frac{x^2-1}{x+2} \).
- Déterminer le domaine de définition \( D_f \).
- Déterminer l’équation de la tangente \( (T) \) à la courbe \( C_f \) au point d’abscisse \( x_0 = 0 \).
- Existe-t-il des points de \( C_f \) où la tangente est parallèle à la droite d’équation \( y = x \) ?
Exercice 4 : Variations d’une fonction
Dresser le tableau de variations complet de la fonction \( g \) définie par :
\[ g(x) = 2x^3 – 9x^2 + 12x – 5 \]- Calculer les limites aux bornes de \( D_g \).
- Calculer \( g'(x) \) et étudier son signe.
- En déduire les extremums locaux de \( g \).
Exercice 5 : Concavité et Points d’inflexion
Soit \( h(x) = \frac{x^3}{x-1} \). On note \( C_h \) sa courbe représentative.
- Déterminer \( h »(x) \), la dérivée seconde de \( h \).
- Étudier la concavité de la courbe \( C_h \).
- Déterminer les coordonnées des éventuels points d’inflexion de \( C_h \).
Exercice 6 : Branches infinies
Étudier les branches infinies de la courbe \( C_f \) de la fonction \( f \) dans les cas suivants :
- \( f(x) = \sqrt{4x^2+x-1} \)
- \( f(x) = x + 1 + \frac{1}{x-2} \)
- \( f(x) = \frac{x^3+1}{x^2} \)
Exercice 7 : Théorème de Rolle et T.A.F
- Montrer que la fonction \( f(x) = x^3-3x+1 \) vérifie les hypothèses du théorème de Rolle sur un intervalle que vous préciserez pour justifier l’existence d’un point \( c \) tel que \( f'(c)=0 \).
- En utilisant le Théorème des Accroissements Finis (T.A.F), montrer que pour tout \( x > 0 \) : \[ \frac{x}{x+1} < \ln(1+x) < x \quad \text{(On admettra l'usage de ln ici pour l'exercice)} \]
Exercice 8 : Étude d’une fonction irrationnelle
Soit \( f(x) = \sqrt{x^2-4x+3} \).
- Déterminer \( D_f \).
- Étudier la dérivabilité de \( f \) aux bornes de son domaine.
- Calculer \( f'(x) \) et dresser le tableau de variations.
- Montrer que la droite d’équation \( x=2 \) est un axe de symétrie pour \( C_f \).
Exercice 9 : Dérivée d’une fonction composée
On considère la fonction \( u(x) = \cos(x) \) et \( v(x) = x^2+x \).
- Définir la fonction \( w = v \circ u \).
- Calculer \( w'(x) \) en utilisant la formule de la dérivée d’une fonction composée.
- Vérifier le résultat en calculant directement la dérivée de l’expression de \( w(x) \).
Exercice 10 : Dérivée de la fonction réciproque
Soit \( f(x) = x^3 + 2x – 1 \).
- Montrer que \( f \) est une bijection de \( \mathbb{R} \) vers \( \mathbb{R} \).
- Calculer \( f(1) \).
- Justifier que la fonction réciproque \( f^{-1} \) est dérivable en \( y_0 = 2 \).
- Calculer \( (f^{-1})'(2) \).
