CHAPITRE 20. DÉRIVATION 2. LES TECHNIQUES
1. A l’aide de l’inégalité des accroissements finis, prouver que
∀k∈N
∗
,1−α
(k+ 1)
α
≤(k+ 1)
1−α
−k
1−α
≤1−α
k
α
2. En déduire un encadrement de 1
k
α
pour k≥2
3. En déduire un encadrement de u
n
puis un équivalent.
4. Application : donner un équivalent de 1 +
1
√2
+
1
√3
+... +
1
√n
quand ntend vers +∞.
Exercice 20.21 Calcul de
n
k=0
kn
ka
k
b
n−k
1. Soit α∈R, calculer la dérivée k-ième de f
α
(x) = xe
αx
.
2. Soient (a, b)∈R
2
,en écrivant que f
a+b
(x) = f
a
(x)e
bx
exprimer f
(n)
a+b
(x)en fonction des dérivée k-ième de f
a
.
3. En déduire la valeur de
n
k=0
kn
ka
k
b
n−k
Exercice 20.22 Soit f: [a, b]→Rune fonction continue et strictement positive, dérivable sur ]a, b[.Montrer qu’il
existe c∈]a, b[tel que
f(b)
f(a)=e
(b−a)
f′(c)
f(c)
Peut-on remplacer l’hypothèse positive sur [a, b]par non nulle sur [a, b]?
Exercice 20.23 Trouver toutes les fonctions dérivables en 0et telles que
∀(x, y)∈R
2
,f(x+y) = f(x) + f(y) + 2xy
Exercice 20.24 Soit f(x) = (x−1)
1
x−1
, peut on prolonger fen une fonction continue sur R? Le prolongement
obtenu est-il dérivable en x= 1 ?
Question ++ : La dérivée obtenue est-elle continue en x= 1 ?
Exercice 20.25 Soit fde classe C
1
sur [a, b]à valeurs dans Rtelle que f
′
(b) (f(b)−f(a)) <0. Montrer que f
′
s’annule sur ]a, b[.
Exercice 20.26 Soit fdérivable sur [a, +∞[telle que f
′
(x)−−−−−→
x→+∞
0,montrer que f(x)
x−−−−−→
x→+∞
0.
Exercice 20.27 On suppose connu l’existence (et l’unicité) d’un polynôme T
n
tel que ∀θ∈R,T
n
(cos θ) = cos (nθ).
Montrer que T
n
est solution de l’équation différentielle
x
2
−1y
′′
+xy
′
=n
2
y
Exercice 20.28 Soit fla fonction définie sur Ipar f(x) = 1
1−xe
1
1−x
.
1. Prouver par récurrence que, pour tout entier naturel n, il existe un polynôme P
n
tel que :
f
(n)
(x) = P
n
1
1−xe
1
1−x
pour tout réel xappartenant à I.
La démonstration permet d’exprimer P
n+1
(X)en fonction de P
n
(X), P
′
n
(X)et X. Expliciter cette relation.
2. Préciser P
0
, P
1
, P
2
et P
3
.
3. En dérivant nfois les deux membres de l’équation (E),prouver que pour tout entier positif n:
P
n+1
(X) = (2n+ 1) X+X
2
P
n
(X)−n
2
X
2
P
n−1
(X)
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H - E M -() 2009