Bcpst 1 Fonctions dérivables 2/2017
Exercices d’applications
Ex. 1
Soit
f:RR
une fonction
dérivable sur R. Calculer
lim
x0
f(2x)f(x)
x
lim
h0
ef(h)ef(2h)
h
lim
h0
(x+h)f(x)x f (x+h)
h
Ex. 2
Soit
f
une fonction dérivable sur
un intervalle
I
symétrique par rapport à
0
.
Montrer que si
f
est paire (resp. impaire),
alors la fonction dérivée
f0
est impaire (resp.
paire). Étudier la réciproque.
Ex. 3
Calculer les dérivées des fonctions
suivantes (on ne demande pas d’étudier le
domaine de dérivabilité)
1. x7→ x5/2;
2. x7→ x5/2;
3. x7→ x+1
x2;
4. x7→ exp(sin x);
5. x7→ sin(exp(1/x)) ;
6. x7→ sinsinsinsin x;
7. x7→ ln
1+x
1x
;
8. x7→ 3
px2(1x)sin xcos2x;
9. x7→ 1
8
3
Æ(1+x7)81
5
3
Æ(1+x7)5.
Ex. 4 Étudier l’ensemble de dérivabilité
et calculer la dérivée des fonctions suivantes
xx; cos(px); ln1+sin(x)2
1+x412x;1
1+tan(x);Æ|1x2|
3px; ln23x2e; cos(sin(x))
Ex. 5
Trouver le domaine de dérivabili-
tés et calculer la dérivée de x7→ ln(ln(x)).
Ex. 6 Soit fla fonction définie par
f(x) = 2x+1
px2+x+1
Étudier l’existence de
f1
. Montrer que
f1
est dérivable et calculer (f1)0(1).
Étude de régularité
Ex. 7
La fonction
x7→ cospx
est-elle dé-
rivable sur [0 ; 1]?
Ex. 8
Étudier la dérivabilité de
f
, et cal-
culer sa fonction dérivée
1. f:RR
x7−x
1+|x|
2. f:RR
x7−xe−|x|
.
3. f:[0 ; 1]R
x7−cospx
Ex. 9
Déterminer la classe de la fonction
f:RR
x7−xαsin 1
xx6=0
0sinon
pour α∈ {0,1,2,3}.
Ex. 10
On définit une fonction
f
sur
R
par
f(x) = 1+xx¾0
et f(x) = exx0
Montrer que
f
est bien définie et de classe
C1
sur R. Est-elle de classe C2sur R?
Ex. 11 Soit fdéfinie sur Rpar
f(x) = ex1
x2x6=0et f(0) = 0
La fonction fest-elle de classe C1sur R?
Ex. 12
La fonction
x7→ sin(x)
x
admet-
elle un prolongement C1àR?
Ex. 13 Soit fdéfinie sur Rpar
f(x) = xsin1
x2et f(0) = 0
Montrer que
f
est dérivable sur
R
et que
f0
n’est pas continue en 0.
Application de la dérivée
Ex. 14
Étudier les extrema de
ln1+x
(3+x)2.
Ex. 15 — 1.
Étudier les variations de la
fonction x7→ px+1
ex.
2. Montrer l’inégalité
x[1 ; +[,0px+1
exse
2
3. Quel est l’ensemble de définition de
x7→ tanpx+1
ex?
Ex. 16
Calculer
sup§x3+75
4x;
xRet x4+36 13x2.
Ex. 17 Montrer les inégalités suivantes
1. xR, ex¾1+x.
2. x]1 ; +[,ln(1+x)x.
3. nN,xR+,xn+1(n+1)x+
n¾0.
Ex. 18 Montrer que
nN,xR, ex¾1+x+x2
2+···+xn
n!
Ex. 19
À l’aide du théorème des accrois-
sements finis, déterminer
lim
x+(x+1)e1
x+1xe1
x
Ex. 20 Montrer que
x>0,1
x+1ln(1+x)ln(x)1
x
En déduire lim
n+
2n
X
k=n+1
1
k.
Ex. 21
Soit
a]0 ; 1[
. Démontrer l’in-
égalité pour tout n¾1
a
(n+1)1a(n+1)anaa
n1a
En déduire un équivalent, lorsque
n
tend vers
+de
n
X
k=1
1
k1a.
Ex. 22
Soit
f
la fonction définie sur
R
par f(x) = ex1
ex+1.
1.
Justifier que
f
est de classe
C1
sur
R
,
calculer f0.
2. Dresser le tableau de variations de f.
3.
Sur quels intervalles
f
est-elle convexe ?
concave ? Quels sont ses points d’in-
flexions ?
4. Tracer le graphe de f.
Problèmes
Ex. 23
Déterminer la dérivée
n
–ième des
fonctions
x7→ 1/x
;
x7→ ln(1+x)x7→
sin(x)
;
x7→ sin(ax +b)
;
x7→ (1+x)nx2
;
Ex. 24
On pose
fn(x) = xn1ln(1+x)
,
démontrer que pour tout x>1,
f(n)
n(x) = (n1)!
n
X
k=1
1
(1+x)k
Ex. 25
Soit
f:]1 ; 1[R
dé-
rivable tel que
lim
x1f(x) = lim
x→−1+f(x) =
+.
Montrer qu’il existe
c]1 ; 1[
tel que
f0(c) = 0.
Indication :Que peut-on-dire de la fonction
Arctan(f)?
Ex. 26
Soit
f
une fonction continue sur
[a;b]
, dérivable sur
]a;b[
telle que
x
[a;b],f(x)6=0.
2
Montrer qu’il existe
c]a;b[
tel que
f(a)
f(b)=e(ab)f0(c)
f(c).
Ex. 27
Soit
f
une fonction de classe
C1
sur
R
telle que
lim
x+f0(x) = +
. Démon-
trer que lim
x+f(x) = +.
Montrer que la réciproque est fausse.
Ex. 28
Soit
f:RR
dérivable. On
suppose que
f0
est minorée par
λ>0
sur
I
.
Démontrer que f0(x)
x++.
Étudier la réciproque.
Ex. 29
Soit
P
une fonction polynôme sur
R
, de degré
n
. On suppose que
P
admet
r
racines distinctes a1<a2<··· <ar.
1.
Démontrer que
P0
admet au moins
r1
racines distinctes. Que dire du nombre
de racines de P00,P(3), etc. ?
2.
Si
r>n
, montrer que
P(n)
admet au
moins une racine sur
R
. En déduire
qu’un polynôme réel de degré au plus
n
n’admet pas plus de
n
racines distinctes.
Ex. 30
Soit
f
une fonction
n
fois déri-
vables sur
[a;b]
ayant
n+1
racines sur ce
segment. Montrer qu’il existe un réel
c
dans
]a;b[tel que f(n)(c) = 0.
Ex. 31
Soit
h
la fonction définie sur
[0 ; 1]par
x6=1h(x) = 1
p1x21
p2(1x)
et h(1) = 0
1. hest-elle continue en 1 ?
2. h
est-elle dérivable sur
]0 ; 1[
? sur
[0 ; 1]?
3.
Montrer qu’il existe deux réels
a
et
b
tels
que
x[0 ; 1]|h(x)|<a(1)
x[0 ; 1]
h0(x)
<b
p1x
(2)
Ex. 32 Si xR, on pose
f(x) = exex
ex+ex
1.
Montrer que
f
admet une bijection ré-
ciproque
g
définie sur un intervalle
I
à
préciser.
2.
Montrer que
xR
,
f0(x) = 1
(f(x))2
. Montrer que
g
est dérivable sur
I
et déterminer
g0
à l’aide du résultat
précédent.
3.
Retrouver la valeur de
g0
en explicitant
g.
Ex. 33
Trouver toutes les fonctions
f
dé-
rivables sur
R
telles que pour tout
xR
,
f(2x) = 2f(x).
Ex. 34
Soit
I
un segment de
R
et
f:
IR
une fonction de classe
C1
. On sup-
pose que
I
est stable par
f
et qu’il existe un
réel k[0 ; 1[tel que
xI,
f0(x)
<k
On considère une suite (un)nNtelle que
u0Iet un+1=f(un)
1.
Si
f
n’a pas de point fixe dans
I
, que
peut-on dire de la convergence de u?
2.
On suppose que
f
a un unique point fixe
α.
a) Montrer que
nN,|un+1α|k|unα|
b) En déduire que
nN,|un+1α|kn|u0α|
c) Conclure.
3.
Application Étudier la convergence de
la suite
u0=1
2et nN,un+1=3
2un(1un)
3
4. On suppose désormais que
xI,
f0(x)
>k
avec
k>1
et on suppose toujours que
f
possède un unique point fixe α.
a) Démontrer que
k]1 ; +[,|un+1α|¾k|unα|
b) En déduire que
nN,|un+1α|¾kn|u0α|
c) Conclure.
Ex. 35
Soit
Pn
une fonction polynôme
de degré au plus
n
. Montrer que l’équation
Pn(x) = ex
ne peut pas avoir un nombre de
solutions supérieur ou égal à n+2.
Dérivée d’ordre supérieur
Ex. 36
Calculer la dérivée
n
–ième des
fonctions
1. f1(x) = 1/x;
2. f2(x) = 1
(x1)2(x2)
(déterminer
tout d’abord
3
réels
a
,
b
et
c
tels que
f2(x) = a
(x1)2+b
x1+c
x2) ;
3. f3(x) = x2e3x;
4. f4(x) = xn1ln x.
Ex. 37 Soit nNet
fn:]1 ; +[R
x7−xn1ln(1+x)
.
Montrer que
fn
est
n
fois dérivable sur
]1 ; +[et que
x]1 ; +[,f(n)
n(x) = (n1)!
n
X
k=1
1
(1+x)k.
Ex. 38
Calculer la dérivée d’ordre
n
de
ep3xsin(x)
Ex. 39
Soit
nN
. Déterminer la classe
de la fonction fndéfinie sur Rpar
fn(x) = (1x2)nsi |x|<1
0sinon
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