Adloun

mathématiques (terminale) · Chapitre 2 · Exercice de TD

Problème — Étude d'une fonction avec paramètre réel

Limites et Continuité des fonctions · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Problème — Étude d'une fonction avec paramètre réel. Pour tout réel , on considère la fonction définie sur l'intervalle par :

  • Déterminer les limites de en et en .
  • Calculer la dérivée et montrer que son signe est celui de .
  • Montrer que si , la fonction admet un unique minimum sur .
  • On suppose ici . Montrer que la droite d'équation est une asymptote oblique à la courbe en .

Corrigé

  • En : le dénominateur tend vers et le numérateur tend vers . Trois cas se présentent.
  • Si , alors , donc .
  • Si , alors , donc .
  • Si , le numérateur tend lui aussi vers 0 : il n'y a pas de limite infinie automatique et il faut simplifier. Pour tout ,

donc . La limite est finie : dans ce cas, la courbe n'admet pas d'asymptote verticale d'équation .

En :

  • La fonction est un quotient de fonctions dérivables, elle est donc dérivable sur .

Le dénominateur étant strictement positif sur , le signe de est bien celui du trinôme .

  • Le trinôme a pour discriminant . Si , alors , donc . Le trinôme admet deux racines réelles :

Puisque . Ainsi, et . Sur l'intervalle , la seule racine est . Le trinôme (avec le coefficient devant positif) est négatif sur et positif sur . La fonction est donc strictement décroissante sur puis strictement croissante sur . Elle admet donc un unique minimum au point d'abscisse .

  • Effectuons la division euclidienne de par :

Ainsi, pour tout :

Calculons la limite de la différence :

Comme , le reste est non nul : la courbe est distincte de la droite et s'en rapproche indéfiniment. La droite d'équation est donc bien une asymptote oblique à la courbe en .

Remarque. L'hypothèse n'est pas superflue : si , le reste est identiquement nul et pour tout . La « droite asymptote » est alors la courbe elle-même, et il serait abusif de parler d'asymptote.

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