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Évaluation de progression · Chapitre 2

Devoir sur 20 : Dérivation et primitives

Devoir d'une heure, sur 20 points, commun aux séries S1-S3 et S2-S4 (il ne porte que sur le socle commun). Calculatrice autorisée. Seuil proposé : 10/20. Corrigé et barème à la fin.

Sujet

Exercice 1 (7 points)

  1. Calculer la dérivée de chaque fonction sur l'intervalle indiqué. (3 points) a. f1(x)=(x2+3x)4f_1(x) = (x^2+3x)^4 sur R\mathbb{R} b. f2(x)=4x+1f_2(x) = \sqrt{4x+1} sur ]−14;+∞[\left]{-\dfrac14};+\infty\right[ c. f3(x)=xcos⁡(2x)f_3(x) = x\cos(2x) sur R\mathbb{R}
  2. Déterminer une primitive de chaque fonction sur l'intervalle indiqué. (3 points) a. g1(x)=6x2−4x+1x2g_1(x) = 6x^2 - 4x + \dfrac{1}{x^2} sur ]0;+∞[]0;+\infty[ b. g2(x)=(2x+3)(x2+3x)2g_2(x) = (2x+3)(x^2+3x)^2 sur R\mathbb{R} c. g3(x)=cos⁡xsin⁡2xg_3(x) = \cos x\sin^2 x sur R\mathbb{R}
  3. Déterminer la primitive FF de f(x)=xx2+5f(x) = \dfrac{x}{\sqrt{x^2+5}} sur R\mathbb{R} telle que F(2)=0F(2) = 0. (1 point)

Exercice 2 (13 points)

Soit ff la fonction définie sur [0;+∞[[0;+\infty[ par f(x)=(x−1)x.f(x) = (x-1)\sqrt{x}. On note C\mathcal{C} sa courbe dans un repère orthonormé. On admet les règles de calcul sur les puissances rationnelles.

  1. Justifier que ff est continue sur [0;+∞[[0;+\infty[ et dérivable sur ]0;+∞[]0;+\infty[, puis montrer que, pour x>0x > 0, f′(x)=3x−12x.f'(x) = \frac{3x-1}{2\sqrt{x}}. (2,5 points)
  2. Calculer lim⁡x→0+f′(x)\displaystyle\lim_{x\to0^+} f'(x). Que peut-on en déduire pour la dérivabilité de ff en 00 ? Interpréter graphiquement. (2 points)
  3. Calculer lim⁡x→+∞f(x)\displaystyle\lim_{x\to+\infty} f(x), puis dresser le tableau de variation de ff. On donnera la valeur exacte du minimum. (2,5 points)
  4. On note gg la restriction de ff à [13;+∞[\left[\dfrac13;+\infty\right[. a. Montrer que gg réalise une bijection de [13;+∞[\left[\dfrac13;+\infty\right[ sur un intervalle JJ à préciser. (1,5 point) b. Calculer g(1)g(1), puis (g−1)′(0)(g^{-1})'(0). Donner une équation de la tangente à la courbe de g−1g^{-1} au point d'abscisse 00. (2 points)
  5. Vérifier que, pour x≥0x \geq 0, f(x)=x32−x12f(x) = x^{\frac32} - x^{\frac12}. En déduire la primitive FF de ff sur [0;+∞[[0;+\infty[ telle que F(1)=0F(1) = 0. (2,5 points)
Corrigé et barème (après avoir cherché)

Exercice 1

1.a (1 pt) u=x2+3xu = x^2+3x, u′=2x+3u' = 2x+3 : f1′(x)=4(2x+3)(x2+3x)3f_1'(x) = 4(2x+3)(x^2+3x)^3.

1.b (1 pt) 4x+1>04x+1 > 0 sur l'intervalle et u′=4u' = 4 : f2′(x)=424x+1=24x+1f_2'(x) = \dfrac{4}{2\sqrt{4x+1}} = \dfrac{2}{\sqrt{4x+1}}.

1.c (1 pt) Produit, avec (cos⁡(2x))′=−2sin⁡(2x)(\cos(2x))' = -2\sin(2x) : f3′(x)=cos⁡(2x)−2xsin⁡(2x)f_3'(x) = \cos(2x) - 2x\sin(2x).

2.a (1 pt) G1(x)=2x3−2x2−1xG_1(x) = 2x^3 - 2x^2 - \dfrac1x.

2.b (1 pt) u=x2+3xu = x^2+3x, u′=2x+3u' = 2x+3 : g2=u′u2g_2 = u'u^2, d'où G2(x)=(x2+3x)33G_2(x) = \dfrac{(x^2+3x)^3}{3}.

2.c (1 pt) u=sin⁡xu = \sin x, u′=cos⁡xu' = \cos x : g3=u′u2g_3 = u'u^2, d'où G3(x)=sin⁡3x3G_3(x) = \dfrac{\sin^3 x}{3}.

3. (1 pt) f=12u′uf = \frac12\dfrac{u'}{\sqrt u} avec u=x2+5u = x^2+5, donc F(x)=x2+5+cF(x) = \sqrt{x^2+5} + c. F(2)=3+c=0F(2) = 3 + c = 0 donne c=−3c = -3 : F(x)=x2+5−3F(x) = \sqrt{x^2+5} - 3.

Exercice 2

1. (2,5 pts)

  • (0,5 pt) ff est le produit de x↦x−1x \mapsto x-1 et de la racine carrée, toutes deux continues sur [0;+∞[[0;+\infty[ : ff est continue sur [0;+∞[[0;+\infty[. La racine carrée n'est dérivable que sur ]0;+∞[]0;+\infty[, d'où la dérivabilité de ff sur ]0;+∞[]0;+\infty[.
  • (2 pts) Pour x>0x > 0 : f′(x)=x+(x−1)12x=2x+x−12x=3x−12xf'(x) = \sqrt{x} + (x-1)\dfrac{1}{2\sqrt{x}} = \dfrac{2x + x - 1}{2\sqrt{x}} = \dfrac{3x-1}{2\sqrt{x}}.

2. (2 pts)

  • (1 pt) Quand x→0+x \to 0^+, le numérateur tend vers −1-1 et le dénominateur vers 0+0^+ : lim⁡x→0+f′(x)=−∞\displaystyle\lim_{x\to0^+} f'(x) = -\infty.
  • (1 pt) ff est continue en 00. D'après le théorème de la limite de la dérivée, ff n'est pas dérivable en 00, et C\mathcal{C} a une demi-tangente verticale à l'origine.

3. (2,5 pts)

  • (0,5 pt) x−1→+∞x - 1 \to +\infty et x→+∞\sqrt{x} \to +\infty, donc lim⁡x→+∞f(x)=+∞\displaystyle\lim_{x\to+\infty} f(x) = +\infty.
  • (1 pt) Sur ]0;+∞[]0;+\infty[, f′(x)f'(x) a le signe de 3x−13x-1 : ff est décroissante sur [0;13]\left[0;\frac13\right] et croissante sur [13;+∞[\left[\frac13;+\infty\right[.
  • (1 pt) Le minimum vaut f(13)=(13−1)13=−233=−239≈−0,385f\left(\frac13\right) = \left(\frac13 - 1\right)\sqrt{\frac13} = -\dfrac{2}{3\sqrt3} = -\dfrac{2\sqrt3}{9} \approx -0{,}385. On a aussi f(0)=0f(0) = 0, et la limite +∞+\infty en +∞+\infty.

4.a (1,5 pt) gg est continue et strictement croissante sur [13;+∞[\left[\frac13;+\infty\right[ (f′>0f' > 0 pour x>13x > \frac13). On a g(13)=−239g\left(\frac13\right) = -\frac{2\sqrt3}{9} et lim⁡+∞g=+∞\displaystyle\lim_{+\infty} g = +\infty. Donc gg est une bijection de [13;+∞[\left[\frac13;+\infty\right[ sur J=[−239;+∞[J = \left[-\frac{2\sqrt3}{9};+\infty\right[.

4.b (2 pts)

  • (0,5 pt) g(1)=0×1=0g(1) = 0 \times 1 = 0, donc g−1(0)=1g^{-1}(0) = 1.
  • (1 pt) g′(1)=3−12=1≠0g'(1) = \frac{3-1}{2} = 1 \neq 0, donc (g−1)′(0)=1g′(1)=1(g^{-1})'(0) = \dfrac{1}{g'(1)} = 1.
  • (0,5 pt) Le point est (0;1)(0;1), la pente 11 : la tangente a pour équation y=x+1y = x + 1.

5. (2,5 pts)

  • (0,5 pt) (x−1)x=x×x12−x12=x32−x12(x-1)\sqrt{x} = x \times x^{\frac12} - x^{\frac12} = x^{\frac32} - x^{\frac12}.
  • (1,5 pt) Une primitive est x5252−x3232=25x52−23x32\dfrac{x^{\frac52}}{\frac52} - \dfrac{x^{\frac32}}{\frac32} = \dfrac25 x^{\frac52} - \dfrac23 x^{\frac32}, soit 25x2x−23xx\dfrac25 x^2\sqrt{x} - \dfrac23 x\sqrt{x}.
  • (0,5 pt) En 11, cette primitive vaut 25−23=−415\frac25 - \frac23 = -\frac{4}{15}. La primitive nulle en 11 est donc F(x)=25x2x−23xx+415.F(x) = \frac25 x^2\sqrt{x} - \frac23 x\sqrt{x} + \frac{4}{15}.
Compétences évaluées
Question Compétence (objectif de la fiche du chapitre)
Ex. 1, 1 O1 Dérivée d'une composée
Ex. 1, 2 O8 et O10 Primitives usuelles et de composées
Ex. 1, 3 O9 Primitive prenant une valeur donnée
Ex. 2, 1 et 3 O2 Variations
Ex. 2, 2 O6 Dérivabilité en un point par la limite de f′f'
Ex. 2, 4 O3 Dérivée de la réciproque
Ex. 2, 5 O4, O8 et O9 Puissances rationnelles et primitives
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