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Leçon 5

Fonctions irrationnelles

Vidéo 5 : Les fonctions irrationnelles · 3 min 35 s · sous-titres en français

Le cours écrit

5.1 Ce qu'il faut savoir

Une fonction irrationnelle simple contient une racine carrée ax+b\sqrt{ax + b}.

  • Ensemble de définition : il faut ax+b≥0ax + b \geq 0.
  • Dérivabilité (chapitre 3) : x↦ax+bx \mapsto \sqrt{ax + b} est dérivable là où ax+b>0ax + b > 0, de dérivée a2ax+b\dfrac{a}{2\sqrt{ax + b}}. Là où ax+b=0ax + b = 0, elle n'est pas dérivable : on étudie le taux d'accroissement à droite ou à gauche. S'il tend vers l'infini, la courbe a une demi-tangente verticale en ce point.
  • Limites : on utilise les théorèmes du chapitre 2, et l'expression conjuguée en cas de forme indéterminée.

5.2 Un exemple complet

Exemple 9. Soit f(x)=(x−3)xf(x) = (x - 3)\sqrt{x}.

1. Ensemble de définition. Df=[0 ;+∞[D_f = [0\,;+\infty[.

2. Dérivée. La racine carrée est dérivable sur ]0 ;+∞[\left]0\,;+\infty\right[. Par la règle du produit, pour x>0x > 0 : f′(x)=1×x+(x−3)×12x=2x+x−32x=3(x−1)2x.f'(x) = 1 \times \sqrt x + (x - 3) \times \frac{1}{2\sqrt x} = \frac{2x + x - 3}{2\sqrt x} = \frac{3(x - 1)}{2\sqrt x}. Elle a le signe de x−1x - 1 : ff est strictement décroissante sur [0 ;1][0\,;1], strictement croissante sur [1 ;+∞[[1\,;+\infty[. Le minimum est f(1)=−2f(1) = -2.

3. En 00. Pour x>0x > 0, le taux d'accroissement est f(x)−f(0)x−0=(x−3)xx=x−3x\dfrac{f(x) - f(0)}{x - 0} = \dfrac{(x - 3)\sqrt x}{x} = \dfrac{x - 3}{\sqrt x}. Le numérateur tend vers −3-3 et x\sqrt x tend vers 00 en restant positif : le taux tend vers −∞-\infty. ff n'est pas dérivable en 00, et la courbe a une demi-tangente verticale à l'origine.

4. Limite en +∞+\infty. x−3x - 3 et x\sqrt x tendent vers +∞+\infty, donc lim⁡x→+∞f(x)=+∞\displaystyle\lim_{x \to +\infty} f(x) = +\infty.

xx 00 11 +∞+\infty
signe de f′(x)f'(x) −- 00 ++
variations de ff 00 ↘\searrow −2-2 ↗\nearrow +∞+\infty

5. Points remarquables. f(x)=0f(x) = 0 pour x=0x = 0 ou x=3x = 3. Au point (3 ;0)(3\,;0), la tangente a pour coefficient directeur f′(3)=623=3f'(3) = \dfrac{6}{2\sqrt3} = \sqrt3. On place aussi f(4)=2f(4) = 2.

6. Tracé. La courbe part de l'origine verticalement vers le bas, descend jusqu'à (1 ;−2)(1\,;-2) (tangente horizontale), remonte, coupe l'axe des abscisses en (3 ;0)(3\,;0) et monte vers +∞+\infty.

Exemple 10. Soit g(x)=x3−xg(x) = x\sqrt{3 - x}, définie sur ]−∞ ;3]\left]-\infty\,;3\right] et dérivable sur ]−∞ ;3[\left]-\infty\,;3\right[. Avec la dérivée de x↦3−xx \mapsto \sqrt{3 - x}, qui est −123−x-\dfrac{1}{2\sqrt{3 - x}} : g′(x)=3−x−x23−x=2(3−x)−x23−x=3(2−x)23−x.g'(x) = \sqrt{3 - x} - \frac{x}{2\sqrt{3 - x}} = \frac{2(3 - x) - x}{2\sqrt{3 - x}} = \frac{3(2 - x)}{2\sqrt{3 - x}}. gg croît sur ]−∞ ;2]\left]-\infty\,;2\right] et décroît sur [2 ;3][2\,;3] ; son maximum est g(2)=2g(2) = 2. En 33, pour x<3x < 3, le taux g(x)−g(3)x−3=x3−xx−3=−x3−x\dfrac{g(x) - g(3)}{x - 3} = \dfrac{x\sqrt{3 - x}}{x - 3} = -\dfrac{x}{\sqrt{3 - x}} tend vers −∞-\infty : demi-tangente verticale au point (3 ;0)(3\,;0). En −∞-\infty, xx tend vers −∞-\infty et 3−x\sqrt{3 - x} vers +∞+\infty : gg tend vers −∞-\infty.

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Exercices 9 et 10

  • Exercice 9 : une demi-tangente verticale
  • Exercice 10 : une asymptote verticale et une inégalité

Exercices du chapitre (PDF, 251 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 701 Ko)

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