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59 60 58 Exercices 57

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(1)

148

© Hachette Livre 2019 – Guide pédagogique, mathématiques 1re Spécialité, collection Barbazo Chapitre 6 Fonction exponentielle

• e2x

ex+1 =e−4x+2 ⇔e2x−x−1=e−4x+2x−1=−4x+2 2⇔5x=3⇔x= 3

5 6 == 3

{ }

5

• e2x+1×ex−3=e2x+3 ⇔e3x−2 =e2x+3 ⇔3x−2=2x+3⇔ 3⇔x=5

6 =={ }5

• ex2 =ex−3x2 =x−3⇔x2x+3=0. Le trinôme x2x+3 a pour discriminant ∆=( )−12−4×1×3=−11.

∆,0, le trinôme n’admet pas de racine dans R.

6 ==∅

43 1. Graphiquement, il semble que le taux d’alcool dans le sang passe en dessous de 0,25 g/L environ 3 heures après l’ingestion.

2. f( )9 ,8 ≈1 ,1×1 0−3f( )9 ,9 ≈9 ,9 ×1 0−4. Le taux d’alcool dans le sang est négligeable au bout de 9,9 heures.

3. Pour tout réel t[

[

0 ,0 2 5 ;+`

[

, on a :

f t( )=2 e−t−(2t−0 ,0 5)e−t =e−t(−2t+2 ,0 5). 4. Pour tout réel t[

[

0 ,0 2 5 ;+`

[

,

e−t.0 et −2t+2 ,0 5 >0 ⇔t<1 ,0 2 5.

La fonction f' est positive sur

[

0 ,0 2 5 ;1 ,0 2 5

]

et négative sur 1 ,0 2 5 ;+`

[ [

. On en déduit que la fonction f est croissante sur l’intervalle

[

0 ,0 2 5 ;1 ,0 2 5

]

et décroissante sur

[

1 ,0 2 5 ;+`

[

.

La fonction f admet un maximum atteint pour t=1 ,0 2 5. f(1 ,0 2 5)=(2 ×1 ,0 2 5 −0 ,0 5)e−1 ,0 2 5 =2 e−1 ,0 2 5 ≈0 ,7 2. Le taux maximum d’alcool dans le sang est de 2 e−1 ,0 2 5 g/L soit environ 0,72 g/L.

44 1. Soit A x( ) l’aire du panneau publicitaire en fonction de x l’abscisse du point B, avec x appartenant à l’intervalle

0 ;+`

[ [

.

A x( )=x×4 e−0 ,4x et en particulier A( )2 =2 ×4 e−0 ,4×2 =8 e−0 ,8 ≈3 ,6.

Si AB=2 m, alors le panneau publicitaire à une aire d’environ 3,6 m2.

2. La fonction A est définie et dérivable sur l’intervalle

[

0 ;+`

[

.

A x( )=4 e−0 ,4x−0 ,4 ×4 x×e−0 ,4x =e−0 ,4x(−1 ,6 x+4). Pour tout réel x[

[

0 ;+`

[

,

e−0 ,4x.0 et −1 ,6x+4 >0 ⇔x<2 ,5. On en déduit que la fonction A est croissante sur l’intervalle

[

0 ; 2 ,5

]

et décrois- sante sur l’intervalle

[

2 ,5 ;+`

[

. La fonction A admet un maximum atteint pour x=2 ,5.

f( )2 ,5 =4 e−0 ,4×2 ,5 = 4

e≈1 ,4 7. Le panneau publicitaire rectangulaire possédant l’aire la plus grande à une longueur de 2,5 m et une largeur d’environ 1,47 m.

45 1.

0 1 x

y

1

2. Plus les valeurs de x sont grandes et plus la fonction f se rapproche de 0 sans jamais l’atteindre.

3.

46 Graphiquement, f( )0 =1 et f′ 1

( )

2 =0 . Pour tout réel x, on a :

f x( )=ae−x−(ax+b)e−x =ex(−ax+ab). f( )0 =1

f 1

( )

2 =0 ⎩⎪ e12

(

12ba+=1a1

)

=0

⎨⎪

⎩⎪

b=1

21a−1=0

⎨⎪

⎩⎪

b=1 a=2

⎧⎨

47 1. a. Pour tout réel x, on a :

f x( )=(2 x−2 ,5)ex+

(

x2 −2 ,5x+1

)

ex

x =ex

(

x2 −0 ,5x−1 ,5

)

.

b. Pour tout réel x, ex.0. Le trinôme x2 −0 ,5 x−1 ,5 a pour discriminant ∆=(−0 ,5)2 −4 ×1 × −1 ,5( )=6 ,2 5.

∆>0 ,le trinôme x2 −0 ,5x−1 ,5 admet deux racines distinctes :

x1 = 0 ,5 − 6 ,2 5

2 =−1 et x2 = 0 ,5 + 6 ,2 5

2 =3

2 . Le trinôme x2 −0 ,5x−1 ,5  est du signe a, donc positif, sur l’intervalle

]

−`;−1

]

<23;+` et négatif sur l’intervalle

−1; 32

⎡⎣ ⎤

⎦.

On en déduit que la fonction f' est positive sur l’intervalle

−`;−1

] ]

<32;+` et négative sur l’intervalle ⎡−1 ; 32

⎣ ⎤

⎦. c.

x –` –1 1

2 + `

f' (x) + 0 – 0 +

f (x) 4.5e–1

0

2. Au point A d’abscisse –1, la tangente à la courbe #f est horizontale et a pour équation y= f( )−1 = 4 ,5

e .

L’abscisse du point M est solution de l’équation f x( )= 4 ,5 e . À la calculatrice, une valeur approchée de l’abscisse du point M est 2,1.

3. Au point B d’abscisse 0, la tangente à la courbe #f a pour équation :

y= f′( )0 (x−0)+ f( )0 ⇔y=−1 ,5 x+1.

(2)

Chapitre 6 Fonction exponentielle 149

© Hachette Livre 2019 – Guide pédagogique, mathématiques 1re Spécialité, collection Barbazo

4.

48 1. Réponse b.

2. Réponse c.

3. Réponse a.

49 1. v1 0 =9 ,8 1 × 6

3 ,9 ×⎛1−e3 ,96 ×1 0

⎝⎜ ⎞

⎠⎟≈1 5

La vitesse de la goutte 10 s après sa chute est d’environ 15 m/s.

Tn=vn+1vn=9 ,8 1 m

k⎛1 −emk(n+1)

⎝⎜ ⎞

⎠⎟ −9 ,8 1 m

k⎛1 −emkn

⎝⎜ ⎞

⎠⎟

⎞⎠⎟=9 ,8 1m

k⎛emkn−emknmk

⎝⎜ ⎞

⎠⎟=9 ,8 1 m

kemkn⎛1−emk

⎝⎜ ⎞

⎠⎟

Tn+1 =9 ,8 1 m

kemk(n+1)⎛1 −emk

⎝⎜ ⎞

⎠⎟=emk ×Tn T0 =9 ,8 1 ×m

k⎛1−emk

⎝⎜ ⎞

⎠⎟

La suite

( )

Tn est donc géométrique de premier terme T0 =9 ,8 1× m

k⎛1 −emk

⎝⎜ ⎞

⎠⎟ et de raison q=emk. q=e3 ,96 =e35 ,  or 0,e35,1, T0 =9 ,8 1× 6

3 ,9 ⎛1−e3 ,96

⎝⎜ ⎞

⎠⎟≈7 ,2 .0, la suite

( )

Tn est décroissante pour tout n [ N.

À la calculatrice, on trouve que Tn est inférieure à 0,001 m/s au bout de 14 s.

50 e2 5 ≈7 ,2 ×1 01 0. Pour visualiser la courbe de la fonction exponentielle sur l’intervalle

[

0 ; 25

]

, il faut que la page ait une hauteur d’environ 7 ,2 ×1 01 0 cm.

51 1. C( )0 ,5 =5 0 0 0 ×e0 ,0 1 5×0 ,5 ≈5 0 3 7 ,6 4 €

Au bout de 6 mois, le capital obtenu est d’environ 5  0 3 7 ,6 4 €. 2. C t′( )=0 ,0 1 5 ×5  0 0 0 ×e0 ,0 1 5t =7 5 ×e0 ,0 1 5t

Or, 7 5 ×e0 ,0 1 5t.0 pour tout t[

[

0 ;+`

[

. La fonction C est donc croissante sur l’intervalle

[

0 ;+`

[

.

3. Graphiquement, il semble que le capital obtenu sera de 5 750 au bout d’environ 9 ans.

4. Graphiquement, le capital devient supérieur à 5 250 € au bout d’environ 3 ans.

52 1. f

(

1949

)

=350⇔keλ(1949−1949)=350⇔k=350 2. f

(

1 9 5 9

)

=3 5 0 ×e0 ,0 1 2 1 9 5 9( −1 9 4 9) =3 5 0 ×e0 ,0 1 2×1 0 ≈3 9 4 ,6 2

53 1.

0 1 x

y

1

Graphiquement, #g, la courbe représentative de la fonction g, est au-dessus de #f, la courbe représentative de la fonction f, sur l’intervalle

]

−`;1 ,2

[

.

2. 1

ex−3.e3x−2 ⇔e−x+3.e3x−2 ⇔e−x+3

e3x−2 .1⇔e−4x+5.1 1⇔ e−4x+5.e0⇔ −4x+5.0⇔x,5

4  Donc g x( ).f x( ) ⇔x[

]

−`;1 ,2 5

[

.

54 1. f( )0 =2 ;f( )2 ≈3 ,5 ;f( )4 ≈3 ,8 ;f( )6 ≈3 ,7 ;

7 ; f( )8 ≈3 ,5. La fonction f donne une approximation satisfai- sante des frais au millier d’euros près.

2. f x′( )=e3x− 1

3(x−1)ex3 =−1

3e3x(x−4). On en déduit que f' est positive sur

[ ]

0 ; 4, négative sur

[

4 ;+`

[

et que la

fonction f est croissante sur

[ ]

0 ; 4 et décroissante sur

[

4 ;+`

[

.

Les frais de fonctionnement ont augmenté de 2010 à 2014 et baissent depuis 2014.

3. Le sens de variation de la fonction f laisse supposer que le gérant a raison de croire qu’à terme les frais de fonctionne- ment atteindront leur niveau de 2010.

4.

0 2 x

y

1

On remarque, graphiquement, que la fonction semble tendre vers une limite égale à 3 lorsque x tend vers des valeurs de plus en plus grandes. Plus x est grand et plus la fonction ex3 tend vers 0. La fonction f tend alors vers 3. Après 2014, l’en- treprise ne pourra pas baisser ses frais de fonctionnement en dessous de 30 000 €.

5. À la calculatrice, on trouve que les frais de fonctionnement repasseront sous la barre des 32 000 € au bout de 13 ans, ce qui correspond à l’année 2023.

55 1. Réponses b et c.

2. Réponse b.

3. Réponse b.

4. Réponse a.

5. Réponse a.

56 1. La température à l’extérieur est inférieure à la tempé- rature de la pièce, la fonction f donnant la température en degré Celsius en fonction du temps écoulé depuis 22 h devrait être décroissante sur

[ ]

0 ; 9.

2. −0 ,1 2 , 0 . La fonction e−0 ,1 2t est décroissante sur

[ ]

0 ; 9. On en déduit que la fonction f est décroissante sur

[ ]

0 ; 9. 3. f( )9 =9 e−0 ,1 2×9 +1 1 ≈1 4 °C. La température de la pièce à 7 h le lendemain matin est d’environ 14 °C.

(3)

150

© Hachette Livre 2019 – Guide pédagogique, mathématiques 1re Spécialité, collection Barbazo Chapitre 6 Fonction exponentielle

4.

0 1 t

T (en °C)

2

À la calculatrice, on trouve que la température de la pièce passera sous la barre des 15 °C au bout de 6,8 heures soit vers 4 h 48 min le lendemain matin.

57 1. Pour tout réel x, on a f x′( )=ex.

L’équation de la tangente à la courbe #f au point A d’abs- cisse a, a pour équation :

y= f a′( )(xa)+ f a( )⇔y=ea(xa)+eay=eax+ea(1−a) y= f a′( )(xa)+ f a( )⇔y=ea(xa)+eay=eax+ea(1−a).

2. Le point B appartient à la droite 7 et son ordonnée est nulle. L’abscisse du point B satisfait donc l’équation suivante :

0=eaxB+ea(1−a)⇔xB =a−1.

3. BH=

(

xHxB

)

2 +

(

yHyB

)

2 = (a−(a−1))2+(0−0)2 =1 BH=

(

xHxB

)

2 +

(

yHyB

)

2 = (a−(a−1))2+(00)2 =1

La distance BH est indépendante de a et est égale à 1.

Exercices

58 1. Pour tout réel x[

[ ]

0;5, on a :

f x( )=1 −ex+0 ,5.

1 −ex+0 ,5.0 ⇔e−x+0 ,5,1⇔ex+0 ,5,e0 ⇔ −x+0 ,5 ,0 ⇔x.0 ,5 1 −ex+0 ,5.0 ⇔ex+0 ,5,1⇔ex+0 ,5,e0 ⇔ −x+0 ,5,0 ⇔x.0 ,5

La fonction f' est négative sur

[

0 ; 0 ,5

]

et positive sur

[

0 ,5 ; 5

]

.

On en déduit que la fonction f est décroissante sur

[

0 ; 0 ,5

]

et

croissante sur

[

0 ,5 ;5

]

.

2. a. Par lecture graphique, 2 <α<2 ,5 .

b. Graphiquement, la courbe #f est située en dessous de la droite ∆ sur l’intervalle

] ]

α;5.

3. La fonction f admet un minimum atteint en x = 0,5. Il faut donc produire 50 cartes pour que le coût d’utilisation de la machine soit minimal.

4. B x( )=R x( )−C x( )=1 ,5 x

(

x+1 +ex+0 ,5

)

=0 ,5 x1e−x+0 ,5

B x( )=R x( )−C x( )=1 ,5 x

(

x+1 +ex+0 ,5

)

=0 ,5 x1e−x+0 ,5

5. Pour tout réel x[

[

0 ; 5

]

, on a :

B x( )=0 ,5 +e−x+0 ,5 .0 , la fonction B est croissante sur

[ ]

0 ; 5 .

6. B( )0 =−2,0 et B

( )

5 =1 ,5 −e−4 ,5.0. De plus, sur l’inter- valle

[ ]

0 ;5 la fonction B est continue, dérivable et strictement croissante. L’équation B x( )=0 admet donc une solution unique α sur l’intervalle

[ ]

0 ; 5.

À la calculatrice, 2 ,3 2 <α<2 ,3 3. L’entreprise doit donc produire et vendre au moins 233 cartes pour réaliser un bénéfice.

59 Partie 1

1. Pour tout réel x[

[

0 ;+`

[

, on a :

g x( )=ex−exxex =−xex<0.

La fonction g est décroissante sur l’intervalle

[

0 ;+`

[

.

2. À la calculatrice, α ≈1 ,2 8.

3. g( )α =0⇔eα− αeα+1=0⇔eα(1− α)=−1⇔eα = 1 α −1 g( )α =0⇔eα− αeα+1=0⇔eα(1− α)=−1⇔eα= 1

α −1 Partie 2

1. La fonction A est définie et dérivable sur l’intervalle

[

0 ;+`

[

.

A x( )= 4 e

(

x+1

)

4xex

ex+1

( )

2 =

4 e

(

xxex+1

)

ex+1

( )

2 =

(

e4g xx+( )1

)

2

Le signe de A x′( ) est le même que g x( ).

2. D’après la question précédente, A' (x) est positive sur

[ ]

0;α et négative sur

[

α;+`

]

. On en déduit que la fonction A est croissante sur

[

0 ;α

]

et décroissante sur

[

α;+`

]

.

Partie 3

La fonction f est définie et dérivable sur l’intervalle

[

0 ;+`

[

.

f x( )=− 4ex ex+1

( )

2

L’équation de la tangente à la courbe représentative de la fonction f au point M d’abscisse α a pour équation :

y= f′( )α (x− α)+ f( )α ⇔y=− 4eα eα+1

( )

2(x− α)+ eα4+1y=

4 1α −1 α −11+1

( )

2(x− α)+ α −141+1y= 4(xα− α)+4(α −α 1)y= α4xα4

y= f′( )α (x− α)+ f( )α ⇔y=− 4eα eα+1

( )

2(x− α)+eα4+1y=

4 1α −1 α −11+1

( )

2(x− α)+ α −141+1y= 4(xα− α)+4(α −α 1)y=α4xα4

y= f′( )α (x− α)+ f( )α ⇔y=− 4eα eα+1

( )

2(x− α)+eα4+1y=

4 1α −1 α −11+1

( )

2(x− α)+ α −141+1y= 4(xα− α)+4(α −α 1)y= α4xα4

y= f′( )α (x− α)+ f( )α ⇔y=− 4eα eα+1

( )

2(x− α)+eα4+1y=

4 1α −1 α −11+1

( )

2(x− α)+ α −141+160 y= 1. a. 4(xα− α)+4(α −α 1)y= α4xα4.

C5 = 8 4

7 ⎛1−e−58 0×7

⎝⎜

⎠⎟=1 2 1

(

−e−0 ,4 3 7 5

)

4 ,2 5 2 µ M⋅L–1 

b. En utilisant la table de la calculatrice, on observe que cette concentration augmente mais la croissance est de moins en moins forte et la concentration se rapproche de 12 µM⋅L−1. 2. La formule donnant la concentration devient Cnd

3⎛1−e3n80

⎝⎜ ⎞

⎠⎟.

n→+lim`e3n80 =0 , donc lim

n→+`1−e380n =1  ;

n→+`lim Cn=15  ⇔d

3 = 15, soit d = 45 µM ⋅L−1.

(4)

Chapitre 6 Fonction exponentielle 151

© Hachette Livre 2019 – Guide pédagogique, mathématiques 1re Spécialité, collection Barbazo

61 Partie A

1. La fonction cosh( )x est définie et dérivable sur R.

cosh′( )x = ex−e−x

2 =sinh( )x 2. cosh2( )x −sinh2( )x = )= ex+e−x

(

2

)

2

(

ex2e−x

)

2

)

2 = e2x+2exe−x+e−2x4e2x+2exe−xe−2x = 4e40 =1

3. cosh( )−x = e−x+e− −x( )

2 = e−x+ex

2 =cosh( )x La fonction cosh est paire.

sinh( )−x = e−x−e− −( )x

2 = e−x−ex

2 =−ex−e−x

2 =−sinh( )x La fonction sinh est impaire.

Partie B

1. a. f( )−x =a×cosh −x

( )

38 +b=a×cosh

( )

38x +b= f x( ) La fonction f x( ) est paire, la courbe représentative de la fonc- tion f est symétrique par rapport à l’axe des ordonnées.

b. f( )0 =190 f

( )

95 =0

⎨⎪

⎩⎪

a+b=190

acos h 95

( )

38 +b=0 acos h 2 ,5a+

( )

b=1 9 0+b=0

⎧⎨

⎩⎪

⎨⎪

⎩⎪

a+b=1 9 0

a

(

1−cos h 2 ,5

( ) )

=1 9 0

⎧⎨

⎩⎪ ⇔ b=1 9 0 −a

a= 1 9 0

1 −cos h 2 ,5

( )

⎨⎪

⎩⎪

b≈2 2 7 ,0 2

a≈ −3 7 ,0 2

⎧⎨

⎩⎪

2. 6 3 ,4 0

2 =3 1 ,7. Cela revient à trouver l’image de 31,7 par la

fonction f.

f(3 1 ,7)=−3 7 ,0 2 ×cosh 3 1 ,7

( )

3 8 +2 2 7 ,0 2 1 7 6 ,3 5.

Le Solar Impulse ne doit pas dépasser une altitude de 176,35 m pour passer sous l’arche.

62 1. La fonction f est définie et dérivable sur

[

0 ;+`

[

.

f t( )=−1 5ae−t5

f( )0 =a+b et f′( )0 =−1 5a.

À t=0, la température est de 1 000 °C.

On en déduit le système suivant : f( )0 =1000

f ( )0 +1

5f( )0 =4 ⇔ a+b=1000

−1 5a+ 1

5(a+b)=4

⎨⎪

⎩⎪

⎨⎪

⎩⎪

a=1000−b 15b=4

⎨⎪

⎩⎪

a=980 b=20

⎧⎨

2. f t′( )=−1

5×980×e−t5 =−196e−t5 ,0

La fonction f est décroissante sur l’intervalle

[

0 ;+`

[

. Aussitôt le four éteint, il paraît cohérent que la température du four diminue.

3. a. Le programme détermine, avec une précision de 1, la première valeur de t pour laquelle la fonction ekt est supé- rieure à une valeur égale à b.

b. Le programme fonctionne lorsque la fonction ekt est décroissante. Ainsi, il faut que la valeur de k soit négative. De plus, ek×0 =1, le seuil b sous lequel doit passer la fonction doit donc être inférieur à 1 et positif car la fonction exponen- tielle est strictement positive sur R.

c.

Il faut attendre au moins 15 heures après l’arrêt du four pour que la température de celui-ci soit inférieure à 70 °C.

63 1. f( )0 =3 et f′( )0 =−2.

2. Pour tout réel x, on a :

f x( )=ex+abe−x. 3. f( )0 =3

f ( )0 =−2

⎧⎨

⎩⎪ ⇔ 1+b=3

1+ab=−2

⎧⎨

⎩ ⇔ b=2

a=−1

⎧⎨

Exercices

VERS L’ÉPREUVE ÉCRITE

64 Partie A

1. Graphiquement, la concentration du produit dans le sang du patient au bout de 2 h est d’environ 0,97 g/L.

2. La courbe représentative de la fonction f est en dessous de la droite d’équation y=0 ,4 sur l’intervalle ]5,75 ; 12]. Il faut donc attendre au moins 5,75 heures pour que la personne puisse prendre le volant.

Partie B

1. f( )0 =1 ,2 ⇔b=1 ,2. Ainsi f t( )=

(

0 ,5t+1 ,2

)

e−0 ,4t.

2. f

( )

5 =

(

0 ,5 ×5 +1 ,2

)

e−0 ,4×5 =3 ,7 e−2 =3 ,7 e2 ≈0 ,5

La concentration du produit dans le sang du patient au bout de 5 h est d’environ 0,5 g/L.

3. f t′( )=0 ,5 e−0 ,4t −0 ,4 0 ,5

(

t+1 ,2

)

e−0 ,4t

t =e−0 ,4t(−0 ,2t+0 ,0 2 ) 4. Pour tout t[

[

0 ; 24

]

,

e−0 ,4t.0 et −0 ,2t+0 ,0 2 >0 ⇔t<0 ,1.

On en déduit que la fonction f est croissante sur l’intervalle 0 ; 0 ,1

[ ]

et décroissante sur l’intervalle

[

0 ,1 ; 2 4

]

. La concentra- tion de médicament dans le sang du patient augmente pendant les 6 minutes après l’injection puis diminue.

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Probablement : en effet, même si l’issue d’intérêt primaire n’était que la survenue de phlébites, et non pas les infections (très rares dans cette étude), et

83 Primary nodular hyperplasia, parathyroid Nodules of differing architecture and cell type.. 84 Primary water-clear cell hyperplasia,

Question 24 : Souvent bien traitée, à condition de ne pas oublier l’absorption qui n’était pas rappelée mais qui agit évidemment. Question 25 : Curieusement, la diffraction