Problème — La fenêtre thérapeutique d'un antibiotique
Exercice de TD · niveau 3 (difficile) · mathématiques complémentaires (terminale), chapitre 2 — Limites, continuité, valeurs intermédiaires
Énoncé
Problème — La fenêtre thérapeutique d'un antibiotique.
Après une injection, la concentration plasmatique d'un antibiotique, en mgL, est modélisée par
L'antibiotique est efficace tant que , et devient toxique au-dessus de .
- Calculer . Déterminer et interpréter.
- Montrer que , puis dresser le tableau de variation de sur .
- Justifier par le théorème des valeurs intermédiaires que l'équation admet exactement deux solutions.
- Résoudre exactement .
- En déduire la durée d'efficacité du traitement, en heures et minutes.
- Le pic de concentration atteint-il le seuil de toxicité ?
Corrigé
- : au moment de l'injection, le principe actif n'a pas encore gagné le sang. En , numérateur et dénominateur tendent vers : forme indéterminée. On factorise par au dénominateur :
Le premier facteur tend vers , le second vers , donc par produit . La droite est asymptote horizontale : le médicament est intégralement éliminé à long terme.
- est un quotient avec et , donc et . Le dénominateur ne s'annule jamais, et
Le dénominateur étant strictement positif, a le signe de , positif pour , nul en , négatif ensuite. Donc croît de à , puis décroît de vers .
- est continue sur (quotient de fonctions continues dont le dénominateur ne s'annule pas).
- Sur , est strictement croissante de à , et : une unique solution.
- Sur , est strictement décroissante de à , et : une unique solution.
- Sur , décroît en restant inférieure à : aucune solution.
L'équation admet donc exactement deux solutions.
- Comme :
Le discriminant vaut , donc et
- D'après le tableau de variation, exactement sur . La durée d'efficacité vaut
- Le maximum de vaut mgL, atteint deux heures après l'injection. Comme , le pic reste sous le seuil de toxicité : la posologie est sûre.
Le théorème des valeurs intermédiaires a compté les solutions avant tout calcul ; la résolution exacte, ici possible, n'a fait que confirmer ce que le tableau de variation annonçait déjà.
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