Ministère de l’Education Nationale rrrurrr Inspection d’académie de Sain-Louis Compilé par : M. DJITTE Lycée Dioudé Diabé Février 2020 Durée : 4 heures Série : S2 -Coef.5 Pour bien préparer le probléme au bac... MATHEMATIQUES Les Problèmes BAC : de 1999 à 2017 b. En procédant à une intégration par parties, calculer I(λ). 2. Calculer lim I(λ). −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− λ→−∞ 3. On pose λ = 2. +Problème 1 (BAC S2 1e groupe 1999) a. Calculer I(2). On considère la fonction f définie par b. En déduire la valeur en cm2 de l’aire du f (x) = x + ln x − 1 si x ∈] − ∞; −1[∪] − 1; 0[ domaine plan délimité par la courbe (Cf ), l’axe x+1 f (x) = x2 e−x des abscisses et les droites d’équation x = 0 et si x ∈ [0; +∞[ 4 et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère x = 2 . → − → − e orthonormé (O, i , j ) (unité 2cm). −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Partie A : 1. Déterminer l’ensemble de définition Df de f . +Problème 2 (BAC S2 Remplacement 1999) Calculer f (−2) et f (3). Partie A : Soit f la fonction définie sur R par 1 2. Calculer les limites aux bornes de Df . − 3. Montrer que f est continue en 0. f (x) = e x2 si x ∈] − ∞; 0[ 4. a. Etablir que la dérivée de f a pour expression f (x) = ln x − 1 si x ∈ [0; 1[∪]1; +∞[ 2 x + 1 x+1 f 0 (x) = si x ∈] − ∞; −1[∪] − 1; 0[ 2−1 et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère x → − → − f (x) = x2 e−x (2 − x) si x ∈ [0; +∞[ orthonormé (O, i , j ) (unité 2cm). b. La fonction f est-elle dérivable en 0 ? Justifier 1. Etudier la continuité de f en 0. votre réponse. 2. a. Montrer que ∀x ∈]0; 1[, f (x) ln(1 − x) ln(1 + x) c. Dresser le tableau de variations de f . = − . 5. Démontrer que l’équation f (x) = 0 admet une x x x b. Etudier la dérivabilité de f en 0. unique solution α comprise entre −1, 6 et −1, 5. c. En déduire que (Cf ) admet au point d’abs6. a. Justifier que la droite (D) d’équation y = x cisse 0 deux demi-tangentes dont on donnera les est asymptote à la courbe (Cf ) en −∞ b. Etudier la position relative de (Cf ) par rapport équations. 3. Etudier les variations de f . à la droite (D) dans ] − ∞; −1[∪] − 1; 0[. 4. Tracer (Cf ). 7. Construire (Cf ). Partie B : Soit g la restriction de f à I = [0; 2]. Partie B : Soit g la restriction de f à ]1; +∞[. 1. Montrer que g définit une bijection de I vers 1. Montrer que g est une bijection de ]1; +∞[ vers un intervalle J à préciser. un intervalle J à préciser. On notera g −1 la bijection réciproque de g. 2. On note g −1 la bijection réciproque de g. 2. Montrer que l’équation g(x) = −e admet une a. Résoudre l’équation g −1 (x) = 1. unique solution α sur l’intervalle ]1; +∞[.(On ne 1 = e. b. Montrer que (g −1 )0 demande pas de calculer α) e 2ex −1 c. Construire (Cg −1 ) la courbe de g −1 . 3. Montrer que ∀x ∈ J, g (x) = 1 − x . e −1 Partie C : λZ étant un réel strictement positif, on −1 λ 4. Construire (Cg ) (On indiquera la nature et pose I(λ) = f (x)dx l’équation de chacune des asymptotes à (Cg) et 0 (Cg −1 ). 1. a. Interpréter graphiquement I(λ). M.Djitté Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 0 ≤ x ≤ e − 1 5. Calculer en cm2 l’aire A de l’ensemble des par M (x; y) tels que − ln 7 ≤ x ≤ −1 f (x) ≤ y ≤ f −1 (x) points M (x; y) défini par 0 ≤ y ≤ g −1 (x) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 4 (BAC S2 Remplacement 2000) e Partie A : Soit g la fonction définie par +Problème 3 (BAC S2 1 groupe 2000) g(x) = 1 − xe−x Soitf la fonction définie de R dans R par 1. Etudier les variations de g. si x ≥ 0 f (x) = x ln(x + 1) 2. En déduire le signe de g(x) suivant les valeurs 1 de x. f (x) = xe x si x < 0 Partie A : Soit f la fonction définie par Le plan est muni d’un repère orthonormé (O,~i, ~j) f (x) = ln(−x) si x < −1 (unité graphique 2cm). f (x) = (x + 1)(1 + ex ) si x ≥ −1 On désigne par (C) la courbe représentative de f On désigne par (C) sa courbe représentative dans et (∆) la droite d’équation y = x. un repère orthonormé (O,~i, ~j) (unité graphique Partie A 2cm). 1. a. Montrer que f est continue en 0. 1. Etudier la continuité et la dérivabilité de f sur b. Etudier la dérivabilité de f en 0. R. c. Interpréter les résulats précédents. 2. Etudier les variations de f puis dresser le ta2. a. Montrer que ∀x < 0, f 0 (x) > 0. 0 bleau de variations de f . b. Etudier les variations de f sur [0; +∞[. 0 3. a. Montrer que la droite (D) : y = x + 1 est En déduire que ∀x > 0, f (x) > 0. asymptote à (C) en +∞. c. Donner le tableau de variations de f . 1 b. Etudier la position relative de (C) par rapport à (D) sur [−1; +∞[ x 3. a . Déterminer lim x e − 1 . (On pourra x→−∞ 4. Montrer qu’il existe un unique point de la courbe (C) dont on précisera les coordonnées, où 1 poser u = ). la tangente (T ) est parallèle à la droite (D). x b. Montrer que la droite (D) : y = x + 1 est 5. Tracer la courbe (C) , l’asymptote (D) et la tanasymptote à (C) au voisinage de −∞. gente (T ), on précisera la tangente ou les demiOn admettra que (C) est en dessous de (D). tangentes à (C) au point d’abscisse −1. c. Déterminer la nature de la branche infinie 6. a. Montrer que f est une bijection de [−1; +∞[ de (C) en +∞. sur un ensemble J que l’on précisera. 4. Construire (C), on précisera les coordonnées de b. Construire (C 0 ) la courbe de f −1 sur le même I point d’intersection de (C) et (∆) pour x > 0. graphique que la courbe (C). Partie B Partie C : Pour λ ≥ −1, on note A(λ) 1. Déterminer les réels a, b et c tels que : l’aire en cm2 de la partie du plan définie par 2 c x −1 ≤ x ≤ λ = ax + b + . ∀x ∈ R+ , x+1 x+1 x + 1 ≤ y ≤ f (x) 2. En déduire au moyen d’une intération par par1. Calculer A(λ) à l’aide d’une intégration par tie que la fonction F telle que : 2 parties. (x − 1) ln(x + 1) 1 2 F (x) = − (x −2x) est une 2. Montrer que A(λ) admet une limite finie 2 4 primitive de f sur R+ . lorsque λ tend vers +∞. 3. En déduire en cm2 l’aire A de la partie du Interpréter graphiquement cette limite. plan limitée par (∆), (C) et les droites d’équa−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− tions x = 0 et x = e − 1. Partie C e 1. a. Montrer que f admet une bijection réci- +Problème 5 (BAC S2 1 groupe 2001) On considère la fonction g définie par proque notée f −1 . f (x) = x(1 − ln x)2 si x > 0 b. f −1 est-elle dérivable en 0. Préciser la naf (0) = 0 ture de la tangente en 0 à la courbe de f −1 . 2. Construire (C 0 ) la courbe de f −1 dans le repère On appelle (C) sa courbe représentative dans un (O,~i, ~j). repère orthonormé (O,~i, ~j) . 3. Déduire du B.3) l’aire du domaine D définie 1. Etudier la continuité et la dérivabilité de g sur M.Djitté Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 son ensemble de définition. 2. Etudier les variations de g puis dresser son tableau de variations. 3. Tracer (C). 4. Soit α un réel appartenant à l’intervalle ]0; e[. a. Calculer à l’aide de deux intégrales par parties, l’aire A(α) du domaine plan limité par l’axe des abscisses, la courbe (C) et les droites d’équations respectives x = α et x = e. b. Calculer lim+ A(α). 4. Déterminer l’équation de la tangente (D) à la courbe (C) au point d’abscisse e2 . 5. Soit M le point de (C) d’abscisse x et N le point de (D) de même abscisse x. On pose ϕ(x) = N M . x + e2 a. Montrer que ϕ(x) = f (x) + 4 b. Déduire de la partie A le tableau de variations de ϕ0 (x) puis le signe de ϕ0 (x) sur]1; +∞[. c. En déduire le signe de ϕ(x) sur ]1; +∞[ et la position de C par rapport à (D) pour les points α→0 d’abscisse x > 1. 5. a. Déterminer les coordonnées des points d’in6. Représenter dans le plan rapporté à un repère tersection de la courbe (C) et la droite (∆) d’équaorthonormé la courbe (C) et la droite (D) (unité tion (∆) : y = x. 2cm). b. Pour quelles valeurs de m la droite (∆m ) d’équation (∆m ) : y = mx, recoupe-t-elle la −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− courbe (C) en deux points M1 et M2 autres que +Problème 7 (BAC S2 1e groupe 2003) O? la fonction u définie sur c. La droite (∆m ) coupe la droite (D) d’équation Partie A : On considére x+1 2x 2 [0; +∞[ par u(x) = ln . − 2 x = e en P . Montrer que OM1 × OM2 = OP . x−1 x −1 6. a. Montrer que la restriction h de la fonction 1. a. Déterminer l’ensemble de définition de u . g à l’intervalle [e; +∞[ admet une réciproque h−1 b. Calculer u(0) et lim u(x) x→+∞ dont on précisera l’ensemble de définition. 2. Etudier les variations de u. −1 b. Sur quel ensemble h est-elle dérivable ? 3. Dresser son tableau de variations (il n’est pas Calculer h(e2 ) ; en déduire (h−1 )0 (e2 ) nécessaire de calculer la limite de u en 1 ). c. Construire la courbe de h−1 . 4. Déduire des résultats précédents que : a. ∀x ∈ [0; 1[, u(x) ≥ 0. −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− b. ∀x ∈]1; +∞[, u(x) < 0. Partie B : Soit g la fonction définie sur [0; +∞[ +Problème 6 (BAC S2 1e groupe 2002) Partie A : On considère la fonction g définie sur par x+1 −1 g(x) = x ln R+ \{1} par x − 1 1 1 g(x) = 1. Déterminer Dg (le domaine de définition de g) ; si x > 0 et x 6= 1 − 2 ln x ln x puis étudier la limite de g en 1 . g(0) = 0 x+1 2 2. a. Vérifier =1+ . 1. Montrer que g est continue à droite 0. x−1 x − 1 2 x−1 2. Etudier les limites de g aux bornes de son enln 1 + = 1. b. Montrer que lim x→+∞ semble de définition. 2 x−1 c. En déduire que lim g(x) = 1. Interpréter géo3. Dresser le tableau de variation de g. x→+∞ 4. En déduire le signe de g(x) en fonction de x. métriquement ce résultat. 5. Calculer en cm2 l’aire de la partie plane com- 3. Dresser le tableau de variations de g. prise entre la courbe de g, l’axe des abscisses et les 4. Montrer qu’il existe un réel α unique appartedroites d’équations respectives : x = e et x = e2 . nant à ]0; 1[ tel que g(α) = 0. Partie B : On considère la fonction f définie sur Donner un encadrement d’ordre 1 de α. R+ \{1} par 5. Tracer la courbe (Cg) de g dans le plan rap x f (x) = − porté à un repère orthonormé (unité 2cm) si x > 0 et x 6= 1 ln x Partie C : Soit h la Ê fonction définie par [0; 1[ par f (0) = 0 x+1 1. Montrer que f est continue à droite et dérivable f (x) = (x2 − 1) ln 1−x à droite au point 0. En déduire l’existence d’une 1. Montrer que f est déerivable sur [0; 1[ et que : demi-tangente à la courbe représentative (C) de f 0 (x) = g(x) , ∀x ∈ [0; 1[. f au point d’abscisse 0. 2. Déterminer l’aire du domaine plan limité par 2. Etudier les limites de f aux bornes de son en- la courbe (Cg) , l’axe des abscisses et la droite semble de définition. d’équation x = α 3. Comparer f 0 (x) et g(x). En déduire les variations de f et son tableau de variations. −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− M.Djitté Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 +Problème 8 (BAC S2 1e groupe 2004) Soit f la fonction définie par (2x − 1)ex − 2x + 2 f (x) = ex − 1 On appelle (C) la représentation graphique de la fonction f dans un plan muni d’un repère ortho→ − → − normal (O, i , j ) dont l’unité est 2cm. 1. Déterminer l’ensemble de définition Df de la fonction f et trouver les trois réels a, b et c tels que c pour tout x de Df , on ait f (x) = ax + b + x e −1 2. Déterminer les limites de f aux bornes de Df . 3. a. Déterminer la fonction dérivée de f . b. Résoudre dans R, l’équation 2ex − 5ex + 2 = 0. c. En déduire le sens de variation de f et dresser le tableau de variation de f . 4. Démontrer que les droites d’équations respectives y = 2x−1 et y = 2x−2 sont des asymptotes de (C) respectivement en +∞ et en −∞. Préciser l’autre asymptote. 5. Soit x un réel de Df . On considère les deux points M et M 0 de (C) d’abscisses respectives x et −x . Déterminer les coordonnées du milieu Ω du segment [M M 0 ] . Que peut-on en déduire pour la courbe (C) ? 6. Tracer la courbe (C) . 7. a. Trouver les réels α et β tels que, pour tout réel x de l’ensemble Df on ait : βex f (x) = 2x + α + x e −1 b. Soit k un réel supérieur ou égal à 2 . Déterminer l’aire A(k) en cm2 de l’ensemble des points du plan dont les coordonnées (x; y) vérifient : ln 2 ≤ x ≤ ln k et 2x − 1 ≤ y ≤ f (x) c. Calculer lim A(k). 5. a. Déterminer l’aire A(α) en cm2 du domaine délimité par (Γ), les droites d’éqations x = α, (α < 0) ; x = ln 2 et l’axe des abscisses. b. Calculer lim A(α). Interpréter graphiqueα→−∞ ment le résultat. Partie C : Soit h la restriction de f à l’intervalle [0; +∞[. 1. Démontrer que h est une bijection de [0; +∞[ sur un intervalle J à préciser. 2. Démontrer que h−1 est dérivable en 3 puis calculer (h−1 )0 (3). 3. Déterminer (h−1 )(x) pour x ∈ J. 4. Tracer (C 0 ) la courbe représentative de h−1 dans → − → − le repère (O, i , j ). −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 10 (BAC S2 1e groupe 2005) Partie A : Soit f la fonction définie sur par ex f (x) = x − ln(1 + ex ). e +1 On note (Cf ) sa courbe représentative dans un → − → − repère orthonormal (O, i , j ) (unité : 2 cm ) 1. Etudier les variations de f . 2. Montrer que lim [f (x)−1+x] = 0. Que peutx→+∞ on en déduire pour (Cf ) ? 3. Construire (Cf ). 4. Montrer que f réalise une bijection de ] − ∞; +∞[ sur ] − ∞; 0[. Partie B : Soit g la fonction définie par f (x) = e−x ln(1 + ex ). On note (Cg) sa courbe représentative 1. Montrer que g est dérivable sur R. 2. Montrer que, pour tout réel x, g 0 (x) = e−x f (x) k→+∞ 3. Montrer que lim g(x) = 0 et lim g(x) = 1. x→−∞ x→+∞ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 4. En déduire la nature des branches infinies. +Problème 9 (BAC S2 Remplacement 2004) 5. Dresser le tableau de variations de g. Partie A : Soit l’équation différentielle 6. Construire (Cg) dans le repère précédent 1 00 3 0 e−x 1 (E) : − y + y − y = 0 = . 7. a. Montrer que 2 2 x −x + 1 1 + e e Déterminer la solution g de (E) dont la courbe b. A tout réel λ, on associe le réel Z λ représentative (C) passe par le point A(0; −1) et I(λ) = g(x)dx. Justifier l’existence de I(λ) dont la tangente en ce point est parallèle à l’axe 0 . des abscisses c. Calculer I(λ) à l’aide d’une intégration par Partie B : Soit f la fonction définie sur R par parties. f (x) = e2x − ex . On note (Γ) sa courbe repré→ − → − d. Calculer lim I(λ) sentative dans un repère orthonormé (O, i , j ) λ→+∞ Partie C : On considère l’équation différentielle (unité 2cm) e−x 1. Etudier les variations de f . (E) : y 0 + y = . 1 + ex 2. Déterminer l’équation de la tangente à (Γ) au 1. Vérifier que la fonction g étudiée dans la parpoint d’abscisse ln 2 . tie B est solution de (E). f (x) 3. Calculer lim . Interpréter géométrique- 2. Montrer qu’une fonction φ est solution de (E) x→+∞ x ment le résultat. si et seulement si φ − g est solution de l’équation 4. Tracer (Γ). diffŕentielle (E 0 ) : y 0 + y = 0. M.Djitté Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 3. Résoudre (E 0 ) et en déduire les solutions de Partie B : On considère la fonction f définie par (E). x ln x si x > 0 4. Déterminer la solution de (E) qui s’annule en f (x) = 1 + x 0 si x = 0 ln 2. et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère − → − −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− orthonormé (O, → i , j ) (unité 5cm) . 1. Montrer que f est continue en 0 puis sur +Problème 11 (BAC S2 1e groupe 2006) [0; +∞[ Partie A : Soit h la fonction sur R définie par 2. Etudier la dérivabilité de f en 0. Interpréter h(x) = 1 + (1 − x)e2−x . graphiquement ce résultat. 1. Etudier les variations de h ( On ne demande 3. Déterminer la limite de f en +∞. pas de calculer les limites aux bornes de Dh). g(x) 4. Montrer que ∀x ∈]0; +∞[ , f 0 (x) = . 2. En déduire le signe de h(x) sur R. (1 + x)2 Partie B : Soit f la fonction définie sur R par En déduire le signe de f 0 (x) sur ]0; +∞[. f (x) = x(1 + e2−x ) 5. Montrer que f (α) = −α. et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère 6. Dresser le tableau de variations de f . → − → − orthonormé (O, i , j ).(unité 2 cm) 7. Construire Cf . (On prendra α = 0, 3) 1. a. Etudier les limites de f en +∞ et en −∞. Partie C : Soit h la restriction de f à l’intervalle b. Préciser la nature de la branche infinie en I = [1; +∞[. −∞. 1. Montrer que h réalise une bijection de I vers c. Calculer lim [f (x) − x] puis interpréter le un intervalle J à préciser. x→+∞ résultat obtenu. 2. Soit h−1 la bijection réciproque de h. Etudier d. Préciser la position de (Cf ) par rapport à la dérivabilité de h−1 sur J. −1 0 2 ln 2 la droite (∆) : y = x. . 3. Calculer h(2) et h 3 2. a. Dresser le tableau de variations de f . 4. Construire Ch−1 , la courbe de h−1 dans le reb. Montrer que f admet une bijection → − → − père (O, i , j ). réciproque notée f −1 définie sur R Partie D : c. f −1 est-elle dérivable en 4 ? d. Etudier la position de (Cf ) par rapport à 1. A l’aide d’une Z e intération par parties, calculer sa tangente au point d’abscisse 2. x ln xdx l’intégrale I = 1 e. Construire Cf (On tracera la tangente au 2. Montrer que pour tout x ∈ [1; e], point d’abscisse 2). x ln x x ln x ≤ f (x) ≤ . e+1 2 −1 −1 f. Construire (Cf ), la courbe de f dans le 3. En déduire que Z e repère précédent. e2 + 1 e2 + 1 ≤ f (x)dx ≤ . Partie C : Soit λ un réel strictement positif. Rλ 4(e + 1) 8 1 la région du plan délimitée par les droites d’équations x = 0 et x = λ et les courbes d’équations −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− respectives y = f (x) et y = x. Soit A(λ) l’aire de +Problème 14 (BAC S2 1e groupe 2008) Rλ en cm2 . Partie A :Soit f la fonction numérique définie 1. Calculer A(λ) en fonction de λ. 2. Déterminer a = lim A(λ). Interpréter raphix + 2 + ln x − 1 si x < 0 λ→+∞ 1 + x par f (x) = quement le résultat obtenu. (2 + x)e−x si x ≥ 0 représentative dans un repère −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− et (Cf ) sa courbe → − → − orthonormé (O, i , j ) (unité 1cm) . +Problème 13 (BAC S2 1e groupe 2007) 1. Montrer que f est définie sur R − {−1}. Partie A : Soit g la fonction définie sur ]0; +∞[ 2. a. Calculer les limites aux bornes du domaine par g(x) = 1 + x + ln x. de définition de f . Préciser les asymptotes paral1. Dresser le tableau de variation de g. lèles aux axes de coordonnées. 2. Montrer qu’il existe un unique réel α solution b. Calculer lim [f (x) − (x + 2)]. Interpréter grax→−∞ de l’équation g(x) = 0. Vérifier que 0, 2 < α < phiquement le résultat. 0, 3. 3. a. Etudier la continuité de f en 0. 3. En déduire le signe de g sur ]0; +∞[. e−x − 1 b. Démontrer que lim = −1 et 4. Etablir la relation ln α = −1 − α. x→0 x M.Djitté Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 ln(1 − x) lim = −1. x→0 x c. En déduire que f est dérivable à gauche et à droite en 0. f est-elle dérivable en 0 ? 4. Calculer f 0 (x) pour : a. x ∈]0; +∞[ b. x ∈] − ∞; −1[∪] − 1; 0[. 5. Etudier le signe de f 0 (x) pour : a. x ∈]0; +∞[ b. x ∈] − ∞; −1[∪] − 1; 0[. 5. Dresser le tableau de variation de f . 6. Montrer que l’équation f (x) = 0 admet une unique solution α appartenant à ] − 3; −2[. 7. Tracer (Cf ). On mettra en évidence l’allure de (Cf ) au point d’abscisse 0 et les droites asymptotes. Partie B : Soit g la restriction de f à ] − ∞; −1[. 1. Montrer que g définit une bijection de ]−∞; −1[ sur un intervalle J à préciser. 2. On note g −1 sa bijection réciproque. a. Calculer g(−2). Montrer que g −1 est dérivable en ln 3. b. Calculer (g −1 )0 (ln 3). c. Représenter la courbe de g −1 dans le repère précédent. Partie C : Soit A l’aire de la région du plan délimitée par les droites d’équations respectives x = −2, x = −3,y = x + 2 et la courbe de f . A l’aide d’une intégration par parties, calculer A −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 15(BAC S2 1e groupe 2009) 1. a. Etudier les variations de la fonction f définie sur ] − 1; +∞[ par : f (x) = 2 ln(x + 1). b. Tracer sa courbe représentative dans le repère → − → − orthonormal (O, i , j ) , unité : 2cm). 2. Démontrer que sur [2; +∞[, la fonction définie par l(x) = f (x) − x est bijective et que l’équation l(x) = 0 admet une solution unique λ. 3. On considère la suite (un )n∈N définie par u = 5 0 u n+1 = 2 ln(un + 1) a. Sans faire de calcul, représenter les quatre premiers termes de la suite sur le graphique. b. Démontrer par récurrence que pour tout n, un ≥ 2. c. Montrer que, pour tout x de l’intervalle 2 [2; +∞[, |f 0 (x)| ≤ . 3 d. En déduire que pour tout n, on a n 2 2 |un+1 − λ| ≤ |un − λ|, que |un − λ| ≤ 2 et 3 3 que la suite (un ) converge vers λ e. Déterminer le plus petit entier naturel p tel que M.Djitté |up − λ| ≤ 10−2 . Que représente up pour λ ? −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 16(BAC S2 Remplacement 2009) Parite A : Soit g la fonction définie sur ]0; +∞[ 2 1 par : g(x) = − + ln 1 + 2 1 + x2 x 1. Etudier les variations de g et dresser le tableau de variations de g. 2. Montrer que l’équation g(x) = 0 admet une unique solution α et que 0, 5 < α < 0, 6. 3. En déduire le signe de g sur ]0; +∞[. Partie B : Soit la fonction f définie par : 1 si x > 0 f (x) = x ln 1 + 2 x 1 − f (x) = −(x + 1)e x si x < 0 f (0) = 0 On désigne par (Cf ) la courbe représentative de → − → − f dans un repère orthonormal (O, i , j ). 1. Déterminer l’ensemble de définition de f et calculer les limites aux bornes de celui-ci. 2. a. Etudier la continuité puis la dérivabilité de f en 0 à droite . b. Interpréter graphiquement les résultats de la question 2.a). 3. Etudier les branches infinies de (Cf ) . 4. a. Montrer que pour tout x appartenant à ]0; +∞[, f 0 (x) = g(x). b. Etudier le sens de variation de f et dresser le tableau de variations de f . 2α . c. Montrer que f (α) = 1 + α2 5. Tracer (Cf ). (On prendra α = 0, 5, unité=2 cm) On précisera l’équation de la tangente au point d’abscisse −1. 6. Soit I =] − ∞; 0[. Montrer que f est une bijection de ] − ∞; 0[ sur un intervalle J à péciser. 7. Déterminer l’aire A(λ) du domaine compris entre la courbe (Cf ), l’axe des abscisses et les droites d’équation x = 1 et x = λ (λ > 1). On procédera par intégration par parties. −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 17(BAC S2 1e groupe 2010) Partie A : 1. Etudier sur R le signe de 4e2x − 5ex + 1. 2. Soit ϕ la fonction √ définie par : ϕ(x) = ln x − 2 x + 2 a. Déterminer son domaine de définition Dϕ et calculer ses limites aux bornes de Dϕ . b. Etudier ses variations et dresser son tableau de variations. Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 c. En déduire son signe Partie B : Soit la fonction f définie par : ex f (x) = x + si x ≤ 0 2ex − 1 √ f (x) = 1 − x + x ln x si x > 0 On désigne par (Cf ) la courbe représentative de → − → − f dans un repère orthonormal (O, i , j ). unité 2cm 1. a. Déterminer Df le domaine de définition de f . b. Calculer les limites aux bornes de Df et étudier les branches infinies de (Cf ). c. Etudier la position de (Cf ) par rapport à l’asymptote non parallèle aux axes dans ] − ∞; 0]. 2. a. Etudier la continuité de f en 0. b. Etudier la dérivabilité de f en 0 et Interpréter graphiquement les résultats . 3. Déterminer la dérivée de f et dresser le tableau de variations de f . 4. Construire dans le repère les asymptotes, la courbe (Cf ) et les demi-tangentes. On remarquera que f (1) = 0 et f 0 (1) = 0. 5. Calculer en cm2 l’aire du domaine délimité par (Cf ), la droite d’équation y = x et les droites d’équations x = − ln 8 et x = − ln 4. −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 18 (BAC S2 Remplacement 2010) Soit f la fonction numérique à variable réelle dé f (x) = x − 1 + ex−1 si x ≤ 1 finie par : 1 + x f (x) = x + ln si x > 1 2x On désigne par (Cf ) la courbe représentative de → − → − f dans un repère orthonormal (O, i , j ). unité 1cm 1. Vérifier que f est définie sur R. 2. Etudier la continuité et la dérivabilité de f en 1 et Interpréter graphiquement les résultats . 3. a. Calculer les limites aux bornes de son domaine de définition. b. Démontrer que la droite (D1 ) : y = x − 1 est une asymptote oblique de (Cf ) au voisinage de −∞ c. Démontrer que la droite (D2 ) : y = x − ln 2 est une asymptote oblique de (Cf ) au voisinage de +∞. d. Etudier les positions relatives de (D1 ) et (D2 ) respectivement, par rapport à (Cf ) . 4. Etudier les variations de f puis dresser son tableau de variations. 5. Tracer (Cf ) et les droites remarquables. 6. Etablir que f réalise une bijection de R sur un intervalle J à préciser . 7. Tracer (Cf −1 ) la courbe de f −1 , réciproque de f , dans le repère précédent 8. a. Calculer en cm2 M.Djitté l’aire du domaine délimité par (Cf ), la première bissectrice et les droites d’équations respectives x = 1 et x = 3. b. En déduire l’aire élimité par (Cf ), (Cf −1 ) les droites d’équations respectives x = 1 et x = 3. Justifier votre réponse −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 19 (BAC S2 Remplacement 2011) Partie A : Soit f la fonction définie par 1 2 x +x+1 − e x si x > 0 f (x) = 2 x x f (x) = + ln(x + 1) si − 1 < x ≤ 0 x+1 et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère → − → − orthonormé (O, i , j ) (unité 2cm). 1. Montrer que l’ensemble de définition de f Df =] − 1; +∞[. 2. a. Montrer les égalités suivantes : lim + f (x) = −∞ et lim f (x) = 1. x→+∞ x→−1 b. Déduire de la question précédente les droites asymptotes de (Cf ). 1 1 − 3. a. Montrer que lim+ e x = 0. x→0 x b. Etudier la continuité f en 0. f (x) − f (0) 1 . c. En posant h = , étudier lim+ x→0 x x f (x) − f (0) d. Etudier lim− . x→0 x e. f est-elle dérivable en 0 ? Interpréter graphiquement les résultats. 4. a. Montrer que : −1 1 − x ∀x ∈]0; +∞[, f 0 (x) = e x. x4 b. Montrer que : x+2 . ∀x ∈] − 1; 0[, f 0 (x) = (x + 1)2 5. Dresser le tableau de variations de f . → − → − 7. Construire Cf dans le repère (O, i , j ). Partie B : Soit α un nombre réel tel que −1 < α < 0. x 1 1. Montrer que ∀x ∈] − 1; 0[, =1− . 1+x 1+x 2. En utilisant une intégration par parties, démontrer que : Z 0 ln(1 + x) = −α ln(1 + α) + α − ln(1 + α). α 3. En déduire l’aire A(α) du domaine plan délimité par la courbe (Cf ), l’axe des abscisses et les droites d’équation x = α et x = 0. 4. Calculer lim + A(α). Interpréter géométriqueα→−1 ment le résulta Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 20 (BAC S2 1e groupe 2012) Partie A : On considère la fonction g définie par g(x) = 1 − x2 − ln x. 1. Calculer g(1). 2. Etudier les variations de g. 3. Déduire de cette étude le signe de g(x) pour tout x de l’ensemble de définition de Dg de la fonction g. Partie B : On considère la fonction f définie par ln x f (x) = 2 − x + . x 1. Préciser l’ensemble de définition Df de f. 2. Etudier les variations de f et dresser son tableau de variations. 3. a. Montrer que la courbe représentative (Cf ) de f admet comme asymptote la droite (∆) d’équation y = −x + 2. b. Etudier la position de (Cf ) par rapport à (∆) suivant les valeurs de x. 4. Déterminer les coordonnées du point A de (Cf ) où la tangente est parallèle à (∆). 5. Représenter dans un repère orthonormal (O,~i, ~j) (unité graphique : 2 cm) la courbe (Cf ) et les droites asymptotes. −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 21 (BAC S2 Remplacement 2012) Partie A : Soit g la fonction définie sur [0; +∞[ 2x2 par g(x) = 2 − ln(x2 + 1). x +1 1. Déterminer lim g(x) x→+∞ 2. Calculer la dérivée de g et donner le tableau de variation de g. 3. Montrer que sur [0; +∞[ l’équation g(x) = 0 admet une unique solution α et que 1, 9 < α < 2. 5. Préciser le signe de g sur [0; +∞[. Partie B : Soit f la fonction définie sur R par 1 f (x) = xe x si x < 0 ln(x2 + 1) f (x) = si x > 0 x f (0) = 0 et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère → − → − orthonormé (O, i , j ).(unité 2 cm) 1. Etudier la continuité et la dérivabilité de f en 0. Interpréter graphiquement les résultats 2. Montrer que la droite d’équation y = x + 1 est asymptote à(Cf ) en −∞. 3. Calculer la limite de f (x) quand x tend vers +∞. Interpréter graphiquement le résultat. M.Djitté 4. Calculer f 0 (x) dans chacun des intervalles où f est dérivable et donner une relation liant f 0 (x) et g(x) pour x > 0. 2α et en déduire un 5. Etablir que f (α) = 2 α +1 encadrement de f (α) 6. Donner le tableau de variations de f et tracer la courbe (Cf ). (On prendra α = 1, 95 et f (α) = 0, 85). Partie C : Soit h la restriction de f à l’intervalle ] − ∞; 0[. 1. Montrer que h est une bijection de ] − ∞; 0[ vers un intervalle J à préciser. 2. Construire (Ch−1 ), la courbe de h−1 dans le → − → − repère (O, i , j ). −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 22 (BAC S2 1e groupe 2013) Les résultats de la partie A seront utiles dans la partie B. Partie A : ex − x − 1 = 0. 1. Montrer que lim x→0 x 2. Soit k la fonction définie sur ]0; +∞[ par k(x) = x(1 − ln x). a. k est-elle continue sur ]0; +∞[ ? Justifier la réponse. b. Soit K la fonction définie sur ]0; +∞[ par 1 3 K(x) = x2 − x2 ln x. 4 2 Vérifier que K est une primitive de k dans ]0; +∞[. Partie B : Soit f la fonction définie sur R par Le plan est rapporté à un repère orthonormé → − → − (O, i , j ).(unité 2 cm). Soit la fonction f définie par ex − x − 1 si x ≤ 0 f (x) = x ln x si x > 0 1. Déterminer Df puis calculer les limites aux bornes de Df . 2. a. Etudier la continuité de f en 0. b. Etudier la dérivabilité de f en 0. Interpréter géométriquement les résultats 3. Donner les domaines de continuité et de dérivabilité de f . 4. Calculer la dérivée de sur son domaine d’existence et étudier son signe. 5. Dresser le tableau de variations de f . 6. Montrer que la droite d’équation (∆) : y = −x − 1 est une asymptote à de la courbe (Cf ) de f quand x tend vers −∞. 7. Préciser la nature de la branche infinie de (Cf ) quand x tend vers +∞ . 8. Représenter graphiquement la courbe (Cf ) Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 → − → − dans le repère (O, i , j ). 1 9. Soit h la restriction de f à l’intervalle ; +∞ . e 1 a. Montrer que h est une bijection de ; +∞ sur e un intervalle J à préciser. b. Construire (Ch−1 ), la courbe de h−1 dans le re→ − → − père (O, i , j ). 10. Soit A1 l’aire du domaine du plan délimité 1 par x = , x = e la courbe (Cf ) et la droite (D) e d’équation y = x. a. Calculer A1 . b. En déduire l’aire du domaine du plan délimité 1 par les droites d’équations respectives : x = − , e 1 −1 x = , la droite (D) et la courbe (Ch ). e −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 23 (BAC S2 Remplacement 2013) Partie A : Soit g(x) = (2x − 1)ex + 1, x ∈ R. 1. Etudier les variations de g. 2. En déduire le signe de g(x) pour x ∈]0; +∞[. Partie B : Soitxf la fonction définie par f (x) = ln(−x) si x < 0 ex − 1 √ f (x) = si x > 0 x f (0) = 0 et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère → − → − orthonormé (O, i , j ).(unité 2 cm) 1. Vérifier que f (x) existe pour tout réel x 6= −1. 2. Etudier la continuité et la dérivabilité de f en 0. Interpréter graphiquement les résultats 3. a. Trouver limites de f aux bornes de Df . b. Etudier les branches infinies de (Cf ). g(x) 4. Montrer que pour tout x > 0, f 0 (x) = √ . 2x x 5. Calculer f 0 (x) pour x < 0 et x 6= −1 et dresser le tableau de variations de f . 6. Tracer la courbe (Cf ). Partie C : Soit h la restriction de f à l’intervalle [0; +∞[. 1. Montrer que h est une bijection de [0; +∞[ vers un intervalle J à préciser. 2. Construire (Ch−1 ), la courbe de h−1 dans le → − → − repère (O, i , j ). b. Calculer les limites aux bornes de Dg. (pour la limite en 1, on pourra poser h = x − 1). 2. Déterminer g 0 la dérivée de g et dresser le tableau de variations de g. 3. Montrer que l’équation g(x) = 0 admet une unique solution α telle que 4 < α < 5. 4. Déduire de l’étude précédente le signe de g sur Dg. Partie B : Soit f la fonction définie par ln |x − 1| f (x) = si x > 0 x x −6e f (x) = si x ≤ 0 2x e + 3ex + 2 et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère → − → − orthonormé (O, i , j ).(unité 2 cm) 1. Vérifier que f est bien définie sur R\{1} et calculer les limites aux bornes de son ensemble de définition. b. Préciser les droites asymptotes à (Cf ) . 2. a. Etudier la continuité de f en 0. ln(1 − x) + x 1 b. On admet que lim+ =− . 2 x→0 x 2 f (x) − f (0) 1 Montrer que lim− =− . x→0 x−0 6 Donner une interprétation graphique de ces résultats 1 . 3. a. Montrer que f (α) = α−1 b. Calculer f 0 (x) sur les intervalles où f est dérivable puis dresser le tableau de variations de f . 4. Construire (Cf ). On pourra prendre α = 4, 5. On placera les points d’abscisses −1 ; 0 ; 2 et 5. 5. a. Déterminer les réels a et b tels que pour tout x ∈ R\{−2; −1}, on ait : a b −6x = + . 2 x + 3x + 2 x+2 x+1 b. En déduire que : −6ex −12e−x 6e−x = + . e2x + 3ex + 2 1 + 2e−x 1 + e−x c. Calculer l’aire du domaine du plan limité par (Cf ), l’axe des abscisses et les droites d’équations respectives x = − ln 2 et x = 0. −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 25 (BAC S2 1e groupe 2015) Partie A : 1. En utilisant une intégrationZ par parties, calcuα ler pour tout réel α : I(α) = et (t + 2)dt. 0 En déduire I(x). 2. Soit k une fonction dérivable sur R. Consi−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− dérons la fonction h telle que h(x) = k(x)e−x , e +Problème 24 (BAC S2 1 groupe 2014) ∀x ∈ R. Partie A : Soit g la fonction définie dans ]0; +∞[ On se propose de déterminer la fonction h de fax çon à ce qu’elle vérifie les conditions suivantes, par g(x) = − ln |x − 1|. x−1 h0 (x) + h(x) = x + 2 1. a. Déterminer l’ensemble de définition Dg de ∀x ∈ R : h(0) = 2 g. M.Djitté Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 a. Vérifier que k 0 (x) = (x + 2)e−x . b. En déduire k puis h. Partie B : I. Soit g la fonction définie sur R par g(x) = x + 1 + e−x . 1. Etudier les variations g . 2. En déduire que g(x) est strictement positif. II. Soit f la fonction définie par f (x) = ln(x + 1 + e−x ). (Cf ) sa courbe représentative dans le plan raporté à un repère orthonormé (O,~i, ~j). 1. Etudier les variations de f puis dresser son tableau de variations. 2. Pour tout x strictement positif, on note M , le point de la courbe de la fonction logarithme népérien d’abscisse x et N le point de (Cf ) de même abscisse. x + 2 . a. Démontrer que 0 < M N < ln x b. Quelle est la limite de M N quand x tend vers +∞. 3. a. Démontrer que f (x) = −x + ln(xex + ex + 1), ∀x ∈ R. b. En déduire que (Cf ) admet une asymptote oblique (∆) au voisinage de ∞ et déterminer la position de (Cf ) par rapport à (∆) pour x < −1. 4. Construire (Cf ) et (∆) dans le repère (O,~i, ~j) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 26 (BAC S2 Remplacement 2015) Partie A : Question de cours. 1. Rappeler les limites usuelles suivantes lim+ x ln x ; lim xex x→0 x→−∞ 2. Soit g une fonction définie sur un intervalle I non vide de R vers un intervalle J non vide de R. a. Quand est-ce dit-on que g réalise une bijection de I sur J ? b. Quand est-ce dit-on que g −1 , la réciproque de g est dérivable J ? Partie B :Soit f la fonction définie par : 1 − x + x ln(−x) si x < 0 1 f (x) = − x (2x + 1)e 2 si x ≥ 0 On désigne par (Cf ) sa courbe représentative → − → − dans un repère orthonormé (O, i , j ) (unité 2 cm). 1. Déterminer Df le domaine de définition de la fonction f . 2. Calculer les limites aux bornes de Df . 3. Etudier la nature de chaque branche infinie. 4. Etudier la continuité et la dérivabilité de f en 0. Interpréter graphiquement les résultats. 5. Calculer f 0 (x) puis dresser le tableau de variations de f . M.Djitté 6. Montrer que l’équation f (x) = 0 admet une unique solution α dans l’intervalle ] − ∞; −1] et que −4 < α < −3. 7. En déduire le nombre de points d’intersection de (Cf ) avec l’axe des abscisses. → − → − 8. Construire Cf dans le repère (O, i , j ). Partie C : Soit g la restriction de f à l’intervalle I =] − ∞; −1] 1. Montrer que g admet une bijection réciproque g −1 dont on déterminera l’ensemble de définition. → − → − 2. Construire dans le repère (O, i , j ), (Cg −1 ) la courbe de g −1 . −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− +Problème 27 (BAC S2 1e groupe 2016) Partie A : Soit g la fonction définie définie par x − 2 ln(x + 1). g(x) = x+1 1. Déterminer Dg, le domaine de définition de g puis calculer les limites aux bornes de Dg. 2. Calculer g 0 (x), étudier son signe, puis dresser le tableau de variations de g. 3. Calculer g(0). Montrer que l’équation g(x) = 0 admet exactement deux solutions dont l’une que l’on désigne α ∈] − 0, 72; −0, 71[ . 3. Déterminer le signe de g(x). Partie B : Soit f la fonction définie par x2 f (x) = si x > −1 ln(x + 1) f (x) = (1 + x)e−x−1 si x ≤ −1 f (0) = 0 et (Cf ) sa courbe représentative dans un repère → − → − orthonormé (O, i , j ).(unité 2 cm) 1. a. Montrer que Df = R et calculer les limites aux bornes de Df . b. Etudier la nature des branches infinies. 2. a. Etudier la continuité de f en −1 et en 0. b. Etudier la dérivabilité de f en −1 et en 0. interpréter graphiquement les réesultats 3. a. Montrer que pour tout x ∈] − 1; +∞[ et −xg(x) x 6= 0, f 0 (x) = 2 et calculer f 0 (x) sur ln (x + 1) ] − ∞; −1[. b . Etudier les variations de f et dresser son tableau de variations. 4. Soit h la restriction de f à [0; +∞[. a. Montrer que h réealise une bijection de [0; +∞[ sur un intervalle J à préciser. b. Donner le sens de variation de h−1 . c. Construire (Cf et (Ch−1 ) Partie C : Soit m la fonction définie sur ]0; +∞[ ln(x + 1) 1 par m(x) = − . 2 x x(x + 1) 1. Déterminer les fonctions u et v telles que Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020 m(x) = u0 (x)v(x) + v 0 (x)u(x). 2. En déduire la fonction H définie Zsur ]0; +∞[ 2 1 dx telle que H 0 (x) = m(x) puis calculer 1 f (x) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− puis étudier la position relative de (Cf ) et de la droite (∆). 2. a. Etudier les variations de f . b. Dresser son tableau de variations. c. Montrer que l’équation f x) = 0 admet une unique solution γ située dans l’intervalle ]−3; −2|. En déduire une valeur approchée de γ à 10−1 près. 3. Tracer les droites asymptotes à (Cf ), puis la courbe (Cf ). Partie B : Soit g la restriction de f à l’intervalle I =]e; +∞[. 1. Montrer que g réalise une bijection e I vers un intervalle J à préciser . 2. On note g −1 la bijection réciproque de g. a. Dresser le tableau de variations de g −1 . b. Comment obtient-on la courbe (Cg −1 ) à partir de la courbe (Cg) ( On ne demande pas de la construction de (Cg −1 )) . Partie C : Soit F la fonction définie par F (x) = ln |1 − ln x|. 1. Déterminer l’ensemble de définition de F . 2. Déterminer la fonction F 0 dérivée de F . 3. En dédire l’aire du domaine délimité par la courbe (Cf ), l’axe des abscisses et les droites d’équations respectives x = 3 et x = 5. +Problème 28 (BAC S2 1e groupe 2017) Partie A :Soit f la fonction définie par : −x 2x + 2 + ln(2e − 1) si x ≤ 0 −1 f (x) = si x > 0 x(1 − ln x) On désigne par (Cf ) sa courbe représentative → − → − dans un repère orthonormé (O, i , j ) (unité 2 cm). 1. a. Montrer que Df = R\{e} puis calculer les limites aux bornes de Df . b. Montrer que pour tout x ≤ 0, f (x) = x + 2 + ln(2 − ex ). c. Etudier le signe de x(1 − ln x). d. Etudier la continuité de f en 0. ln(2 − ex ) = −1 . Calculer e. On admet que lim x→0 x f (x) − f (0) lim− et interpréter géométriquement x→0 x−0 le résultat. f. Montrer la droite (∆) d’équation y = x+2+ln 2 est une asymptote à (Cf ) au voisinage de −∞, −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− M.Djitté Lycée de Dioudé Diabé Terminale S2 2019-2020