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Leçon 6S2 · S4 · S2A · S5

Points d'inflexion

Vidéo 6 : Points d'inflexion · 3 min 06 s · sous-titres en français

Le cours écrit

6.1 Définition et théorème

Définition. On dit que la courbe de ff admet un point d'inflexion d'abscisse x0x_0 si la courbe traverse sa tangente en ce point.

Théorème. Si ff est deux fois dérivable sur un intervalle ouvert II contenant x0x_0, et si f′′f'' s'annule en changeant de signe en x0x_0, alors le point de la courbe d'abscisse x0x_0 est un point d'inflexion.

Démonstration (cas où f′′f'' passe du négatif au positif). On mesure l'écart entre la courbe et la tangente en x0x_0 : g(x)=f(x)−[f′(x0)(x−x0)+f(x0)].g(x) = f(x) - \big[f'(x_0)(x-x_0) + f(x_0)\big]. On a g(x0)=0g(x_0) = 0, g′(x)=f′(x)−f′(x0)g'(x) = f'(x) - f'(x_0), donc g′(x0)=0g'(x_0) = 0, et g′′=f′′g'' = f''.

  • À gauche de x0x_0, g′′<0g'' < 0 : g′g' est strictement décroissante, donc g′(x)>g′(x0)=0g'(x) > g'(x_0) = 0.
  • À droite de x0x_0, g′′>0g'' > 0 : g′g' est strictement croissante, donc g′(x)>g′(x0)=0g'(x) > g'(x_0) = 0.

Ainsi g′>0g' > 0 de part et d'autre de x0x_0 : gg est strictement croissante près de x0x_0, et comme g(x0)=0g(x_0) = 0, gg est négative avant x0x_0 et positive après. La courbe passe de sous la tangente à au-dessus : elle la traverse.

Attention, la condition « en changeant de signe » est indispensable. Pour f(x)=x4f(x) = x^4, f′′(x)=12x2f''(x) = 12x^2 s'annule en 00 mais reste positive. La tangente en 00 est l'axe des abscisses, et la courbe reste au-dessus : il n'y a pas de point d'inflexion.

Exemple 27. f(x)=x3−3x2+2f(x) = x^3 - 3x^2 + 2.

  • f′(x)=3x2−6xf'(x) = 3x^2 - 6x et f′′(x)=6x−6f''(x) = 6x - 6, qui s'annule en 11 en passant du négatif au positif.
  • Le point I(1;f(1))=(1;0)I(1;f(1)) = (1;0) est un point d'inflexion.
  • Tangente en II : f′(1)=−3f'(1) = -3, donc T:y=−3(x−1)=−3x+3T : y = -3(x-1) = -3x+3.
  • Vérification : f(x)−(−3x+3)=x3−3x2+3x−1=(x−1)3f(x) - (-3x+3) = x^3-3x^2+3x-1 = (x-1)^3, négatif avant 11 et positif après. La courbe traverse bien TT.

Exemple 28. Pour sin⁡\sin, sin⁡′′(x)=−sin⁡x\sin''(x) = -\sin x change de signe en 00. L'origine est un point d'inflexion, et la courbe y traverse sa tangente y=xy = x.

6.2 Notations différentielles

En liaison avec la physique, on écrit aussi : f′(x)=dfdxf′′(x)=d2fdx2.f'(x) = \frac{df}{dx} \qquad\qquad f''(x) = \frac{d^2f}{dx^2}. Pour un mobile de position x(t)x(t) : la vitesse est v=dxdtv = \dfrac{dx}{dt} et l'accélération est a=dvdt=d2xdt2a = \dfrac{dv}{dt} = \dfrac{d^2x}{dt^2}.

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Exercice 11

  • Exercice 11 : points d'inflexion

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Corrigés

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