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La dérivée permet d'étudier les variations d'une fonction et de trouver ses extrema.
🔹 Lien dérivée-variations :
• f'(x) > 0 sur I → f croissante sur I
• f'(x) < 0 sur I → f décroissante sur I
• f'(x) = 0 et changement de signe → extremum local
🔹 Méthode d'étude d'une fonction :
1. Domaine de définition Df
2. Calculer f'(x)
3. Étudier le signe de f'(x) (tableau de signes)
4. En déduire le tableau de variations
5. Calculer les extrema (f aux points où f'=0)
6. Tracer la courbe (points clés + tangentes)
🔹 Extremum local :
• f'(a) = 0 et f' change de + à - : maximum local en a
• f'(a) = 0 et f' change de - à + : minimum local en a
• f'(a) = 0 sans changement de signe : point d'inflexion
🔹 Optimisation (problèmes) :
1. Définir la variable et la fonction à optimiser
2. Déterminer le domaine
3. Dériver, annuler, étudier le signe
4. Conclure sur le maximum ou minimum
📝 Étude de f(x) = x³ - 3x + 2 sur ℝ :
1. Df = ℝ
2. f'(x) = 3x² - 3 = 3(x²-1) = 3(x-1)(x+1)
3. Signe de f'(x) :
| x | -∞ -1 1 +∞ |
| f'(x)| + 0 - 0 + |
4. Variations :
| x | -∞ -1 1 +∞ |
| f(x) | -∞ ↗ 4 ↘ 0 ↗ +∞ |
f(-1) = -1+3+2 = 4 (maximum local)
f(1) = 1-3+2 = 0 (minimum local)
📝 Problème d'optimisation :
Un carré de côté x est découpé dans un rectangle 10×6.
Aire restante : A(x) = 60 - x², x ∈ ]0;6[
A'(x) = -2x < 0 → décroissante → maximale en x le plus petit possible.
f(x) = x³ - 6x² + 9x + 1. Trouver les extrema locaux.
Correction
f'(x) = 3x²-12x+9 = 3(x-1)(x-3). f'=0 en x=1 et x=3. f' passe de + à - en x=1 → max local f(1)=5. f' passe de - à + en x=3 → min local f(3)=1.
Montrer que f(x) = x³ + x est strictement croissante sur ℝ.
Correction
f'(x) = 3x²+1. Or 3x²≥0 donc f'(x)≥1>0 pour tout x. Donc f est strictement croissante sur ℝ.
Un fermier dispose de 100m de clôture pour délimiter un rectangle. Maximiser l'aire.
Correction
Périmètre : 2(l+L)=100 → L=50-l. Aire : A(l)=l(50-l)=50l-l². A'(l)=50-2l=0 → l=25. L=25. Carré de côté 25m, aire maximale 625m².
f est définie sur [0;3] par f(x) = -x²+4x-1. Trouver le maximum sur cet intervalle.
Correction
f'(x)=-2x+4=0 → x=2 ∈ [0;3]. f(0)=-1, f(2)=3, f(3)=2. Maximum = 3 en x=2.
Si f'(a) = 0 mais f' ne change pas de signe en a, que peut-on conclure ?
Correction
C'est un point d'inflexion : la tangente est horizontale mais f ne change pas de sens de variation. Ce n'est ni un maximum ni un minimum local.