Convexité et composition de fonctions - Terminale

Telechargé par azeddine liazri
1
Lycée Français de DOHA Spécialité Terminale
Année 2021 – 2022 M. Evanno
Convexité et composition
A) Convexité et point d’inflexion.
1. Convexité : approches graphiques.
Définition : Fonction convexe
Soit une fonction définie sur un intervalle de .
On note la courbe représentative de la fonction sur .
Soient  et  deux points de .
Si tous les points de  distincts de et sont au dessus de
entre et alors on dit que la fonction est  sur .
Définition : Fonction concave
Soit une fonction définie sur un intervalle de .
On note la courbe représentative de la fonction sur .
Soient  et  deux points de .
Si tous les points de  distincts de et sont en dessous de
entre et alors on dit que la fonction est  sur .
2. Convexité : approches algébriques.
Propriété : Admise
• est une fonction  sur un intervalle si et seulement si sa dérivée  est croissante
sur l’intervalle .
• est une fonction  sur un intervalle si et seulement si sa dérivée  est décroissante
sur l’intervalle .
Conséquences :
On note  la dérivée seconde de la fonction , c'est-à-dire la dérivée de la dérivée de .
• Si  est positive sur un intervalle alors est  sur l’intervalle .
• Si  est négative sur un intervalle alors est  sur l’intervalle .
Vidéo : étudier la convexité d'une fonction
2
Lycée Français de DOHA Spécialité Terminale
Année 2021 – 2022 M. Evanno
Propriétés :
Soit une fonction définie sur un intervalle de et sa représentative graphique.
• est convexe sur si et seulement si sa représentation graphique est située entièrement au
dessus de chacune de ses tangentes.
• est concave sur si et seulement si sa représentation graphique est située entièrement en
dessous de chacune de ses tangentes.
Démonstration : (mentionnée dans le programme)
On va démontrer que si  est positive sur alors sa représentation graphique est située
entièrement au dessus de chacune de ses tangentes.
Soit la courbe représentative d’une fonction dérivable sur et un réel tel que : .
Alors la tangente à en a pour équation : .
On note la fonction définie sur par la différence entre la fonction et sa tangente, on a alors :

est dérivable comme somme de fonctions dérivable et on note  sa dérivée, on a alors :

Or  est croissante sur , d’où :
• si alors et donc
• si alors et donc
De plus .
On obtient donc le tableau de variations ci-dessous :
Donc 
On en déduit que si  est positive sur alors sa représentation graphique est située
entièrement au dessus de chacune de ses tangentes.
Vidéo : si  alors est convexe
Exemples :
• La fonction carrée est convexe sur .
• La fonction inverse
est concave sur  et convexe sur .
Vidéo : reconnaitre graphiquement la convexité
3
Lycée Français de DOHA Spécialité Terminale
Année 2021 – 2022 M. Evanno
3. Point d’inflexion.
Définition :
Un point d'inflexion est un point où la courbe traverse sa tangente en ce point.
Vidéo : reconnaitre graphiquement un point d'inflexion
Vidéo : déterminer algébriquement un point d'inflexion pour résoudre un problème
Conséquences :
• Si une fonction définie sur un intervalle  change de convexité en  alors
admet un point d’inflexion au point d’abscisse .
• Si la dérivée seconde, notée , d’une fonction définie sur un intervalle  s’annule et
change de signe en  alors admet un point d’inflexion au point d’abscisse .
Exercice n°1 :
Parmi les courbes ci-dessous, lesquelles sont représentatives de fonctions convexes ?
4
Lycée Français de DOHA Spécialité Terminale
Année 2021 – 2022 M. Evanno
B) Méthode des sécantes ou méthode de  (mentionnée dans le programme).
Soit la fonction définie sur  par  et sa courbe représentative.
• On sait que   donc est croissante sur .
 ;  et est continue sur  car est dérivable sur .
D’après le théorème des valeurs intermédiaires,
On peut affirmer que l’équation admet une unique solution sur .
• On sait que   donc est convexe sur .
On en déduit que le segment  est entièrement au-dessus de .
• On donne la courbe représentative de et on place les points  et  de
• On veut déterminer une valeur approchée de à l’aide de la Méthode de la sécante ou la méthode de
. Pour cela :
➢ On construit le point d’intersection de  et de l’axe des abscisses
➢ On nomme l’abscisse de ce point puis on place le point d’abscisse de .
➢ On construit le point d’intersection de et de l’axe des abscisses
➢ On réitère le procédé et on définit ainsi une suite  de terme initial .
• On détermine une équation de la droite :

•  est alors l’abscisse du point d’intersection de cette droite et de l’axe des abscisses et donc :

D’où :  


• On peut alors utiliser l’algorithme Python ci-dessous afin qu’il renvoie la valeur de :
• En lançant ce programme pour  on a obtenu : .
Pour comparaison, on obtient, à l’aide de la calculatrice, le résultat suivant : .
5
Lycée Français de DOHA Spécialité Terminale
Année 2021 – 2022 M. Evanno
Exercice n°2 :
1) A l’aide du graphique ci-dessous, déterminer les intervalles sur lesquels est convexe et
concave et préciser les coordonnées des éventuels points d’inflexion :
2) On donne ci-dessous les courbes représentatives des fonction et .
Déterminer graphiquement les intervalles sur lesquels et sont convexes et concaves et
préciser les coordonnées des éventuels points d’inflexion :
Exercice n°3 :
Soit une fonction dérivable sur et telle que sa dérivée  admet le tableau de variations suivant :
Indiquer la convexité de la fonction sur et l’existence, pour la courbe de points d’inflexions.
Exercice n°4 :
1) Montrer que la fonction définie sur  par est convexe.
2) Déterminer l’équation de la tangente à sa courbe représentative au point d’abscisse .
3) En déduire une inégalité.
Vidéo : démontrer une inégalité à l'aide de la convexité
1 / 16 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans l'interface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer l'interface utilisateur de StudyLib ? N'hésitez pas à envoyer vos suggestions. C'est très important pour nous!