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In´equations se ramenant au deuxi`eme degr´e

Dans le document EXERCICES SUR LE DEUXIEME DEGRE (Page 117-129)

(160) Trouver les solutions de l’in´equation

x4−7x2+ 6>0 .

On a

f(x) = (x4−7x2+ 6) = (x2−1)(x2−6). On peut dresser le tableau de signes suivant.

x x26 x21 f(x)

−∞ 6 O

O

1

O O

1

O O

6 O

O

+ +

+ + + +

+ + +

On a donc

S = ]−∞,−√

6 [∪]−1,1 [∪]√ 6,∞[

(161) Trouver les solutions de l’in´equation

2x4−5x2−7<0 .

On a

f(x) = 2x4−5x2−7 = (x2+ 1)(2x2−7). Doncf(x) est du signe de 2x2−7 et, par suite,

S = ]−p

7/2,p 7/2 [

(162) Trouver les solutions de l’in´equation 2x+ 1 +√

7−6x >0 .

On cherche donc les solutions de

√7−6x >−2x−1.

On rapelle que l’in´equation √

A > B est ´equivalente `a

( A≥0 et B <0 ) ou (A > B2 et B ≥0 ) .

Lorsque le second membre est strictement n´egatif, c’est-`a-dire si x > −1/2, il faut alors que 7−6x soit positif ou nul c’est-`a-direx≤7/6. On obtient un premier ensemble de solutions

S1= ]−1/2,7/6 ].

Lorsque le second membre est positif ou nul, c’est-`a-dire six≤ −1/2, l’in´equation ´equivaut, en ´elevant au carr´e, `a

7−6x >(2x+ 1)2, ou encore `a

f(x) = 4x2+ 10x−6<0.

Les racines du trinˆome f sont−3 et 1/2, etx doit se trouver entre les racines. On trouve cette fois S2= ]−3,1/2 [∩]−∞,−1/2 ] = ]−3,−1/2 ].

AlorsS =S1∪S2, donc

S = ]−3,7/6 ]

(163) Trouver les solutions de l’in´equation

px2−8x+ 5<2x−1.

On rapelle que l’in´equation √

A < B est ´equivalente `a

B >0 et 0≤A < B2 .

Il faut d´ej`a que 2x−1 soit strictement positif, doncx doit appartenir `a S1 = ] 1/2,∞[.

Il faut aussi l’in´egalit´e

f1(x) =x2−8x+ 5≥0. Les racines de ce trinˆome sont 4±√

11, etx doit appartenir `a l’ensemble S2= ]−∞,4−√

11 ] ∪ [ 4 +√

11,∞[. Sous ces conditions l’in´equation ´equivaut en ´elevant au carr´e `a

x2−8x+ 5<(2x−1)2,

ou encore `a

Le nombre 2/3 est `a l’ext´erieur des racines de f1. De plus 2/3 est inf´erieur `a la demi-somme 4 des racines def1, donc

Il en r´esulte que

S = ] 2/3,4−√

11 ] ∪ [ 4 +√ 11,∞[

(164) Trouver les solutions de l’in´equation

px2+x+ 1>2x−3 .

Commex2+x+ 1 est toujours positif, l’in´equation est v´erifi´ee tout d’abord si 2x−3 est n´egatif, ce qui donne

S1 = ]−∞,3/2 [ .

Si 2x−3 est positif ou nul, l’in´equation ´equivaut, en ´elevant au carr´e, `a x2+x+ 1>(2x−3)2,

c’est-`a-dire `a

f(x) = 3x2−13x+ 8<0. Doncxdoit se trouver entre les racines 13±√

73

6 du trinˆomef. Il reste `a comparer 3/2 `a ces racines.

Or

f(3/2) =−19 4 <0,

donc 3/2 se trouve entre les racines et on obtient l’ensemble S2= [3

2, 13 +√ 73 6 [. On a alors S =S1∪S2, et finalement

S = ]−∞, 13 +√ 73

6 [

(165) Trouver les solutions de l’in´equation

px2−1≤2x+ 3.

Il faut d´ej`a que 2x+ 3 soit positif, doncx doit appartenir `a S1= [−3/2,∞[.

Il faut aussi que f1(x) =x2−1 soit positif, c’est-`a-dire que xappartienne `a S2 = ]−∞,−1 ]∪ [ 1,∞[.

Sous ces conditions l’in´equation ´equivaut, en ´elevant au carr´e, `a x2−1≤(2x+ 3)2, ou encore `a

f(x) = 3x2+ 12x+ 10≥0. Les racines def sont −6±√

6

3 . Il faut donc que x appartienne `a S3= ]−∞, −6−√

6

3 ] ∪ [−6 +√ 6 3 ,∞[. On a alors

S =S1∩S2∩S3.

On constate quef(−3/2) =−5/4 est n´egatif, donc−3/2 se trouve entre les racines def. D’autre part f(−1) = 1 est positif , et −1 est plus grand que la demi-somme −2 des racines de f, donc est plus grand que les deux racines. On a donc

−6−√ 6 3 <−3

2 < −6 +√ 6

3 <−1<1.

| | | | |

−6−√ 6

3 −3

2 −6 +√

6 3

−1 1

/ / / / / / / / / /\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ | | | | |

Il en r´esulte que

S = [−6 +√ 6

3 ,−1 ] ∪ [ 1,∞[

(166) Trouver les solutions de l’in´equation

√5x+ 1−√

x+ 1<2.

Sous la conditionx≥ −1/5, on peut ´elever au carr´e l’in´equation

√5x+ 1<√

x+ 1 + 2, puisque les deux membres sont positifs, et l’on obtient

5x+ 1 =x+ 1 + 4 + 4√ x+ 1, c’est-`a-dire, apr`es simplification,

x−1<√ x+ 1.

Six <1, l’in´equation est v´erifi´ee. On obtient donc un premier ensemble de solutions S1= [−1/5,1 [ .

Six≥1, on obtient en ´elevant au carr´e,

(x−1)2< x+ 1, c’est-`a-dire

x2−3x <0,

etxdoit se trouver entre les racines 0 et 3 de ce trinˆome. On obtient un second ensemble de solutions S2 = [ 1,3 [ .

AlorsS =S1∪S2, d’o`u

S = [−1/5,3 [ .

(167) Trouver les solutions de l’in´equation p2x2+ 3 +p

5−8x2 >p

4x2+ 7.

Sous la condition que

− r5

8 ≤x≤ r5

8, on peut ´elever au carr´e ce qui donne

−6x2+ 8 + 2p

(2x2+ 3)(5−8x2)>4x2+ 7, puis

2p

(2x2+ 3)(5−8x2)>10x2−1.

L’in´equation est v´erifi´ee lorsque 10x2−1<0, ce qui donne un premier ensemble de solutions S1 = ]−1/√

10,1/√ 10 [. Dans le cas contraire, c’est-`a-dire sixappartient `a l’ensemble ]−p

5/8,−1/√

10 ]∪[ 1/√ 10,p

5/8 [, on ´el`eve au carr´e ce qui donne

4(−16x4−14x2+ 15)>100x4−20x2+ 1, c’est-`a-dire

f(x) = 164x4+ 36x2−59<0.

Les racines du trinˆome 164X2 + 36X −59 se calculent et valent 1/2 et −59/82, ce qui permet de factoriser

f(x) = (82x2+ 59)(2x2−1),

qui est du signe de 2x2−1 et est n´egatif lorsquex appartient `a l’intervalle [−1/√ 2,1/√

2 ] . Alors on obtient cette fois l’ensemble de solutions

S2 = [−1/√

(168) Soitp etq tels que 0< p < q. Trouver les solutions de l’in´equation

√x+p+√

x+q >√

x+p+q .

Comme

−(p+q)<−q <−p <0,

il faut d´ej`a quex≥ −p. et l’on peut ´elever au carr´e. L’in´equation ´equivaut `a 2x+p+q+ 2p

(x+p)(x+q)> x+p+q , c’est-`a-dire `a

2p

(x+p)(x+q)>−x . On obtient un premier ensemble de solutions

S1 = ] 0,∞[.

Si maintenantx est n´egatif ou nul, on peut ´elever de nouveau au carr´e, et l’on obtient 4(x+p)(x+q)> x2,

c’est-`a-dire

f(x) = 3x2+ 4(p+q)x+ 4pq >0. Le discriminant r´eduit vaut

= 4(p+q)2−12pq= 4(p2−qp+q2) = (2p−q)2+ 3q2 >0,

et puisquepqetp+q sont positifs, le trinˆomef a deux racinesξ1 etξ2 n´egatives telles que ξ1= −2(p+q)−2p

p2−pq+q2

3 < ξ2= −2(p+q) + 2p

p2−pq+q2

3 <0,

etx doit se trouver `a l’ext´erieur des racines. Enfin

f(−p) = 3p2−4p(p+q) + 4pq=−p2<0,

donc−p est compris entre les racines. On obtient un deuxi`eme ensemble de solutions S2= ]ξ2,0 ] .

On obtient finalement S =S1∪S2, d’o`u

S = ]ξ2,∞[.

(169) Soit

F(x) = x2−x−6 x−1 . 1) R´esoudreF(x) =−4 etF(x)>−4.

2) Montrer que si l’on a F(α) = F(β) avec α distinct de β, alors ces deux nombres α et β sont racines d’une ´equation de la forme

x2−px+p−7 = 0. V´erifier lorsque p= 1.

1) On a

G(x) =F(x) + 4 = x2+ 3x−10

x−1 = (x−2)(x+ 5)

x−1 = f(x) x−1. On fait le tableau de signes suivant.

x

L’´equation F(x) =−4 a donc comme ensemble de solutions S1 ={−5,2} et l’in´equation F(x)>−4 a pour ensemble de solutions

S2= ]−5,1 [∪] 2,∞[ 2) Partons de

α2−α−6

α−1 = β2−β−6 β−1 . avec α etβ distincts et diff´erents de 1. Cette ´egalit´e ´equivaut `a

α2β−αβ2−α22−7β+ 7α= 0,

alors

αβ =p−7, etα etβ sont racines de

x2−px+p−7 = 0. Par exemple, si p= 1, on trouve

x2−x−6 = 0, dont les racines sontα= 3 etβ =−2 et v´erifient

F(−2) =F(3) = 0.

Divers

Dans ce chapitre, sauf demande expresse, les recherches d’extrema se font sans d´erivation.

L’exercice 170 donne des r´esultats que l’on utilise dans certains des exercices suivants.

4.1 Extrema

(170) 1) Trouver le maximum du produit de deux nombres dont la somme est donn´ee.

2) Trouver le minimum de la somme de deux nombres positifs dont le produit est donn´e.

Les nombres sont solutions de l’´equation

x2−Sx+P = 0, dont le discriminant vaut

∆ =S2−4P . Ce discriminant doit ˆetre positif ou nul. On a donc toujours

4P ≤S2.

1) SiS est fix´e, la plus grande valeur de P possible est obtenue lorsque P = S2

4 Les nombres sont alors ´egaux et valent S/2.

2) IciP etS sont positifs. SiP est fix´e, la plus petite valeur de S possible est obtenue lorsque S = 2√

P

Les nombres sont alors ´egaux et valent √ P.

(171) D´eterminer le minimum de

S(x) = x2 5 +125

x2 .

Le produit des deux nombres positifs x2/5 et 125/x2 vaut P = 25. Le minimum de la sommeS(x) est donc, d’apr`es l’exercice 170,

m= 2√ P , donc

m= 10

(172) D´eterminer le maximum de

P(x) = (x+ 7)(5−x).

La somme des deux nombres x+ 7 et 5−x vaut 12. Le maximum du produitP(x) est donc, d’apr`es l’exercice 170,

M = S2 4 , donc

M = 36

(173) D´eterminer le maximum de

P(x) = (2x+ 7)(11−2x).

La somme des deux nombres 2x+ 7 et 11−2xvaut 18. Le maximum du produitP(x) est donc, d’apr`es l’exercice 170,

M = S2

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