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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