L1 SNV - Mathématiques 2013-2014
TD4 Correction
Continuité et dérivées
Exercice 1 : Déterminer les valeurs de aet de bpour que la fonction f(x)
f(x) =
(x+ 1)2x < 2
a x = 2
x2+b x > 2
soit continue sur R.
La fonction fest continue et dérivable sur R\ {2}.On a
lim
x2(x+ 1)2= 32= 9.
Par ailleurs,
lim
x2x2+b= 4 + b.
En choisissant a= 9 et b= 5, on obtient que la fonction fest également
continue au point 2et donc continue sur R.
Est-elle aussi dérivable ?
On a
lim
h>00
f(2 + h)f(2)
h= lim
h>00
(2 + h)2+ 5 9
h= lim
h>00
h2+ 4h
h= 4
et
lim
h<00
f(2 + h)f(2)
h= lim
h>00
(3 + h)29
h= lim
h>00
h2+ 6h
h= 6.
On en déduit que fn’est pas dérivable au point 2.
Exercice 2 : Étudier les fonctions definies sur R\{0}et déterminer si elles
peuvent être prolongées par continuité en zéro.
1) f(x) = sin( 1
x),2) f(x) = xsin( 1
x),3) f(x) = x2sin( 1
x)
Quelle fonction est aussi derivable pour x= 0 ?
1) f(x) = sin( 1
x).Cette fonction est C(R\{0}). Soient (xn)nNet (yn)nNles
suites définies par
xn:= 1
2et yn=1
2+π
2
.
On a clairement
lim
n+xn= lim
n+yn= 0.
Par ailleurs,
lim
n+sin( 1
xn
)=0et lim
n+sin( 1
yn
) = 1.
1
On en déduit que l’on ne peut pas prolonger cette fonction en 0et on ne peut
donc pas la dériver en 0.
2) f(x) = xsin( 1
x). Cette fonction est C(R\ {0}). On a
|f(x)|≤|x|.
On en déduit que l’on peut prolonger fen 0en posant f(0) = 0.On a
f(h)f(0)
h= sin( 1
h)
qui n’a pas de limite d’après le 1). Cette fonction n’est donc pas dérivable en 0.
3) f(x) = x2sin( 1
x). Cette fonction est C(R\ {0}). On a
|f(x)| ≤ |x|2.
On en déduit que l’on peut prolonger fen 0en posant f(0) = 0.On a
f(h)f(0)
h=hsin( 1
h)0
d’après le 2). On en déduit que fest dérivable en 0et que f0(0) = 0.
Exercice 3 : Trouver un prolongement par continuité à Rentier des fonctions
suivantes.
1) f(x) = x3+ 5x+ 6
x3+ 1 ,2) f(x) = (1 + x)21
2x,3) f(x) = 2x28
x2
1) f(x) = x3+5x+6
x3+1 . On a
x3+ 1 = (x+ 1)(x2x+ 1); x3+ 5x+ 6 = (x+ 1)(x2+ 5x+ 6).
On en déduit que
f(x) = x2+ 5x+ 6
x2x+ 1 .
Or, si l’on calcule le discriminant du polynôme x2x+ 1, on trouve
∆=14 = 3<0.
Ce polynôme ne s’annule donc pas sur Ret la fonction fest bien continue sur
R.
2) f(x) = (1+x)21
2x. On a
(1 + x)21 = x2+ 2x=x(x+ 2).
On en déduit que
f(x) = x+ 2
2
qui est bien continue sur R.
2
3) f(x) = 2x28
x2.On a
2x28 = 2(x2)(x+ 2).
On en déduit que
f(x) = 2(x2)
qui est continue sur R.
Exercice 4 : Utiliser la définition de dérivée pour déterminer la derivée des
fonctions suivantes.
1) f(x)=3x24x+5,2) f(x) = 5x2,3) f(x) = sin(x),4) f(x) = 3
x+ 1
1) f(x)=3x24x+ 5. Soit hR. On a
f(x+h) = f(x)+3h2+ 6xh 4h.
On en déduit que
lim
h0
f(x+h)f(x)
h= lim
h0
3h2+ 6xh 4h
h= 6x4.
2) f(x) = 5x2On a
f(x+h)f(x) = p5(x+h)25x2 = (p5(x+h)25x2)(p5(x+h)2 + 5x2)
p5(x+h)2 + 5x2
et donc
f(x+h)f(x) = 5h
p5(x+h)2 + 5x2.
On en déduit que
lim
h0
f(x+h)f(x)
h= lim
h0
5
p5(x+h)2 + 5x2=5
25x2.
3) sin(x). On utilise les formules trigonométriques
sin(x+h)sin(x)
h= cos(2x+h
2)sin(h
2)
h
2
.
En utilisant que
lim
h0
sin(h)
h= 0,
on obtient que
lim
h0
sin(x+h)sin(x)
h= cos(x).
4) f(x) = 3
x+1 . On a
f(x+h)f(x) = 3
x+h+ 1 3
x+ 1 =3h
(x+h+ 1)(x+ 1).
3
On en déduit que
lim
h0
f(x+h)f(x)
h=3
(x+ 1)2.
Exercice 5 : Utiliser les regles de dérivation pour calculer la derivée des
fonctions suivantes.
1
x+x1
x,ln(p5x24),ex2+22
, x px2+ 1
pln(x)
e2x,1 + tan(x)
1 + x2,ln(cos(x)),ln 3x24
5x34esin3(x2)
1) f(x) = 1
x+x1
x. On a
f0(x) = 1
x2+1
2
1
x+1
2
1
xx.
2) f(x) = ln(5x24).
f0(x) = 5x
5x24.
3) f(x) = ex2+22
.
f0(x)=4xex2+22
.
4) f(x) = xx2+ 1.
f0(x)=1x
x2+ 1.
5) 1+tan(x)
1+x2. On a
f0(x) = (1 + tan2(x))(1 + x2)2x(1 + tan(x))
(1 + x2)2.
6) f(x) = ln(cos(x)). On a
f0(x) = sin(x)
cos(x)=tan(x).
7) f(x) = ln 3x24
5x34. On a
f0(x) = 6x(5x34) 15x2(3x24)
(5x34)2×5x34
3x24=6x
3x2415x2
5x34.
8) f(x) = esin3(x2).On a
f0(x)=6xcos(x2)(sin(x2))2esin3(x2).
Exercice 6 : Déterminer aet bpour que la fonction f(x)soit continue et
dérivable sur R.
f(x) = (x2+x+ 1 x > 1
ax3+bx + 2 x < 1
4
La fonction f∈ C(R\ {1}). Pour que fsoit continue sur R, il faut que
lim
x1+f(x) = lim
x1
f(x)
et donc que
3 = a+b+ 2.
Pour que fsoit dérivable sur R, il suffit d’avoir
lim
x1+f0(x) = lim
x1
f0(x)
et donc que
3 = 3a+b.
On en déduit que
a= 1, b = 0.
Exercice 7 : Problèmes d’optimisation.
Dans un rectangle de 40m de périmètre, quelles dimensions des côtés don-
neraient la plus grande surface possible ?
Soit `la largeur du rectangle et Lsa longueur. Par hypothèse, on a
2(`+L) = 40 et donc `+L= 20.
On en déduit que L= 20 `et que `peut être compris entre 0et 20. La
surface du rectangle est donnée par
L` = (20 `)`.
Soit
f: [0,20] [0,+)
définie par
f(`) = (20 `)`.
La plus grande surface possible correspond à la plus grande valeur de fsur
[0,20]. En dérivant f, on trouve que
f0(v) = (20 `)`= 2(10 `).
On a donc fest strictement croissante sur [0,10] et strictement décrois-
sante sur [10,20].fatteint donc sa valeur maximale en un unique point
`= 10. La surface maximale est donc atteinte lorsque `=L= 10 et est
donnée par 100.
Déterminer le point dans le graphe de y=xqui est le plus proche du
point (4,0).
On a y=x, on en déduit que x0. De plus la distance au carré entre
les points (x, x)et (4,0) est donnée par
f(x)=(x4)2+x.
Il s’agit donc de minimiser la fonction fsur [0,+). On a
f0(x) = 1 + 2(x4).
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