Fonctions d’une variable r´eelle
BTS
Table des mati`eres
1 Fonctions usuelles 2
1.1 Fonctions en escalier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Fonctions affines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Fonction logarithme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Fonction exponentielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5 Fonctions puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Limites 5
2.1 Interpr´etation graphique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Limites des fonctions usuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 Op´erations sur les limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3.1 Limite d’une somme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3.2 Limite d’un produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3.3 Limite d’un quotient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3.4 Compositions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.4 Calcul de limites dans les cas de formes ind´etermin´ees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.5 Croissance compar´ee de l’exponentielle, du logarithme et des fonctions puissance . . . . . . . 9
3 D´erivation 9
3.1 Nombre eriv´e en un point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2 Fonction d´eriv´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.3 Op´erations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.4 D´eriv´ees successives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.5 ´
Equation de la tangente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4´
Etude des variations d’une fonction 13
4.1 Lien entre d´erivation et sens de variation d’une fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2 Extremum d’une fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.3 R´esolution de l’´equation f(x) = λ.................................. 14
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1 Fonctions usuelles
1.1 Fonctions en escalier
D´efinition Une fonction en escalier est une fonction constante par intervalles.
Exercice 1 La fonction d´efinie sur [8 ; +[ par f(x) =
2 si 8x < 2
6 si 2x0
3 si 0 < x < 4
1 si 4 x
est une fonction
en escalier.
2
4
6
2
2 4 6 8 10 12 142468
1.2 Fonctions affines
D´efinition aet bsont deux r´eels donn´es. La fonction d´efinie sur IR par f(x) = ax +best appel´ee
fonction affine.
Sa repr´esentation graphique est la droite d’´equation y=ax +b, o`u :
Le r´eel aest le coefficient directeur de cette droite.
Le r´eel best l’ordonn´ee `a l’origine.
Une fonction affine est d´erivable sur IR de d´eriv´ee f(x) = a. D’o`u les tableaux de variation suivants :
a > 0
x−∞ −b
a+
signe de f(x) +
variations +
de f−∞
signe de f0 +
a < 0
x−∞ −b
a+
signe de f(x)
variations +
de f−∞
signe de f0 +
Exercice 2 Le graphique ci-contre repr´esente les droites d´equation :
d1:y=x+ 1
d2:y= 2
d3:y=3x2
d4:x=1
d5:y=3
4x3
01
1
d2
d4
d1
d3
d5
1.3 Fonction logarithme
D´efinition La fonction logarithme n´ep´erien, not´ee ln, est l’unique primitive de la fonction x1
xd´efinie
sur ] 0 ; +[qui s’annule en 1.
Cons´equences directes :
ln(1) = 0,
la fonction logarithme n´ep´erien est d´erivable sur ] 0 ; +[ et pour tout x > 0, ln(x) = 1
x.
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Propri´et´e Soit aet bdeux r´eels strictement positifs et nest un entier naturel, alors :
ln(ab) = ln(a) + ln(b).ln a
b= ln(a)ln(b).
ln 1
a=ln(a)ln(an) = nln(a)ln (a) = 1
2ln(a).
Exercice 3 Transformations d’expressions num´eriques et alg´ebriques :
ln 192
108 = ln 16
9= ln(16) ln(9) = ln(24)ln(32) = 4 ln(2) 2 ln(3).
– ln(96) = 1
2ln(96) = 1
2ln(25×3) = 1
2[5 ln(2) + ln(3)].
– ln(x+ 3) + ln(2x+ 1) = ln[(x+ 3)(2x+ 1)] = ln(2x2+ 7x+ 3) pour x∈ −1
2; +.
Propri´et´e lim
x0+ln x=−∞ lim
x+ln x= +.
Cons´equence graphique : La droite x= 0 est donc asymptote verticale `a la courbe repr´esentative de la
fonction ln.
D’o`u le tableau de variations et la courbe :
x0 1 +
f(x) +
+
f
−∞
signe 0 +
1
2
1
2
3
4
5
123456781
y= ln(x)
e
1.4 Fonction exponentielle
D´efinition La fonction exponentielle est la fonction d´efinie sur IR par exp(x) = ex,ex´etant l’unique
nombre r´eel positif dont le logarithme vaut x.
Remarque : Les fonctions exponentielle et logarithme sont r´eciproques l’une de l’autre :
Pour tous r´eels xet y > 0,y=exln(y) = xet ln (ex) = xet eln y=y
Graphiquement, les courbes sont sym´etriques par rapport `a la premi`ere bissectrice (y=x) dans un rep`ere
othonormal.
Cons´equences directes : exp(x) = ex>0 et exp(1) = e1=e2,718.
Propri´et´e Soient aet bdeux r´eels et nest un entier relatif, alors :
ea×eb=ea+bea
eb=eab1
ea=ea(ea)n=ean.
Exercice 4 Transformations d’expressions num´eriques et alg´ebriques :
e2×e3×1
e4×(e2)3=e2+34+6 =e7.
ex+3 ×e2x+1 =e(x+3)+(2x+1) =e3x+4.
– (ex2)2=e2x4.
Propri´et´e lim
x→−∞ ex= 0.lim
x+ex= +.
Cons´equence graphique : La droite d’´equation y= 0 est donc une asymptote horizontale `a la courbe
repr´esentative de la fonction exp.
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Propri´et´e La fonction exponentielle est erivable sur IR de d´eriv´ee (ex)=ex.
D’o`u le tableau de variations et la courbe :
x−∞ 0 +
f(x) +
+
f
0
signe +
1
1
y= exp(x)
1.5 Fonctions puissance
D´efinition Soit αun nombre eel, la fonction puissance (d’exposant) α, not´ee fαest la fonction qui, `a
tout nombre xIR
+associe
fα(x) = xα=eαln x
Exercice 5 Dans le cas o`u α=1
2, on a f1
2(x) = x1
2=e1
2ln x=x.
Propri´et´e Pour tout α, la fonction fαest d´erivable sur IR
+de d´eriv´ee f
α(x) = αxα1.
Sens de variation :
Dans le cas o`u α= 0, la fonction f0(x) = x0= 1 est constante sur IR
+.
Dans le cas o`u α6= 0, f
α(x) = αxα1est du signe de αsur IR
+.
D’o`u les tableaux de variation suivants :
α < 0
x0 +
signe de f
α(x)
variations +
de fα
0
signe de fα+
α > 0
x0 +
signe de f
α(x) +
variations +
de fα
0
signe de fα+
Allure des courbes repr´esentatives des fonctions puissance :
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4
y=x0.5
y=x1
y=x3
0
1
2
3
4
01234
y=x0.5
y=x1
y=x2
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2 Limites
2.1 Interpr´etation graphique
Limite en un point :
1
2
3
4
5
6
11 2 31234
lim
x→−3f(x) = 1
Il n’y a pas d’asymptote.
1
2
3
4
5
6
11234512
lim
x2f(x) = +
La courbe admet une asymptote
verticale d’´equation x= 2.
1
1
2
3
4
5
6
123456
lim
x→−2f(x) = −∞
La courbe admet une asymptote
verticale d’´equation x=2.
Limite en :
1
2
3
4
5
6
11 2 31234
lim
x+f(x) = 2
La courbe admet une asymptote
horizontale d’´equation y= 2.
1
2
3
4
5
6
11231234
lim
x+f(x) = +
Il n’y a pas d’asymptote.
1
1
2
3
4
5
6
1231234
lim
x+f(x) = −∞
Il n’y a pas d’asymptote.
D´efinition Soit fune fonction et dla droite d’´equation y=ax +btel que :
lim
x→±∞hf(x)(ax +b)i= 0
on dit alors que la droite dest une asymptote oblique `a la courbe repr´esentative Cfen ±∞.
Exercice 6 Soit fla fonction d´efinie sur IRpar f(x) = 1
x+1
2x+ 1.
1
2
3
1
2
3
4
1 2 3 4 5123456
On a f(x)1
2x+ 1=1
xet donc lim
x+f(x)1
2x+ 1= lim
x+1
x= 0.
Ainsi la courbe admet une asymptote oblique d´equation y=1
2x+ 1.
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