Compléments sur la dérivation : fonctions composées
Composée de deux fonctions, dérivée de g(ax + b) et de g∘u, dérivées de √u, uⁿ, 1/u et eᵘ, dérivée seconde, études de fonctions composées.
À propos de cette page
Des exercices corrigés de Terminale sur la dérivation des fonctions composées, classés par cas et par difficulté : images de g∘u et décomposition, dérivée de g(ax + b) et fonction paire, dérivées de √u, uⁿ, 1/u et eᵘ, dérivée seconde et mouvement d’un mobile, extremums et tangentes. Chaque cas contient une question « Démontrer » avec sa rédaction attendue.
20 exercices, classés par cas comme le cours. Écris ta réponse, puis « Vérifier ».
Cas 1Composer deux fonctions
Réflexe — le dernier calcul effectué est la fonction extérieure g ; ce sur quoi il porte est u(x) ; même sens de variation : g∘u croissante, sens contraires : décroissante. Revoir la méthode →
Exercice 1★★★Facile
On pose et . Calculer.
On applique d’abord : . Puis : .
On applique d’abord : . Puis : . L’ordre change tout.
, puis .
, puis .
Exercice 2★★★Facile
Chaque fonction s’écrit . Écris l’expression de la fonction intérieure (puissances avec ^ ou ², par exemple x^2).
, avec :
Le dernier calcul est la puissance ; elle porte sur : .
, avec :
On calcule d’abord l’exposant , puis on prend son exponentielle : .
, avec :
La racine carrée est le dernier calcul ; elle porte sur : (il faudra ).
, avec :
On calcule , puis on prend l’inverse : , qui ne s’annule jamais.
Exercice 3★★★Moyen
Soit .
L’ensemble de définition de est l’intervalle avec
existe si et seulement si , c’est-à-dire , soit . Donc .
Démontrer, sans dériver, que est croissante sur et décroissante sur . Le maximum de vaut
Rédaction attendue. On écrit avec et , croissante sur . Sur , est décroissante, donc est croissante ; elle prend ses valeurs dans , où est croissante. Même sens de variation : est croissante sur . Sur , est croissante, donc est décroissante, à valeurs dans : sens contraires, est décroissante sur . Le maximum est atteint en : .
Exercice 4★★★Difficile
Composer dans les deux sens. Une fraction s’écrit avec « / ».
Avec et , l’unique réel tel que est
et . L’égalité donne , soit .
Démontrer qu’il existe une seule fonction affine croissante telle que pour tout réel , et la déterminer : et
Rédaction attendue. Pour tout réel , . L’égalité pour tout impose (coefficients de deux fonctions affines égales) et . Comme est croissante, , donc , puis , soit . Réciproquement, donne . L’unique solution est .
Cas 2Dériver une composée : la règle et le cas g(ax + b)
Réflexe — j’écris u(x) et u′(x) à part, je dérive l’extérieur en gardant u(x), je multiplie par u′(x) ; pour g(ax + b), le facteur est a. Revoir la méthode →
Exercice 5★★★Facile
Compléter le coefficient de chaque dérivée (fonctions dérivables là où elles sont définies).
:
avec , : .
:
avec : .
: avec
: le du numérateur se simplifie avec celui de la formule.
: avec
avec : .
Exercice 6★★★Facile
Soit une fonction dérivable sur , dont on sait seulement que et .
:
, donc .
:
Règle générale avec , : , donc .
:
, donc .
Exercice 7★★★Moyen
Soit sur , et sa courbe.
Démontrer que et donner
Rédaction attendue. On a avec , , et , . D’après la dérivée de , pour tout réel : . Donc .
La tangente à au point d’abscisse a pour équation avec
et . La tangente : . Donc .
Exercice 8★★★Difficile
Soit une fonction dérivable sur et paire : pour tout réel . Une fraction s’écrit avec « / ».
Démontrer que est impaire. En dérivant les deux membres de , on obtient avec
Rédaction attendue. La fonction est la composée avec , de dérivée . D’après la dérivée de (ici , ), sa dérivée est . Deux fonctions égales sur ont la même dérivée, donc pour tout réel : , soit . La fonction est impaire, et .
Conséquence :
Pour : , donc et . La courbe d’une fonction paire dérivable a une tangente horizontale en .
est paire et . Sans calcul :
est impaire, donc . Vérification : , et .
Cas 3Dérivées de √u, uⁿ, 1/u et eᵘ
Réflexe — je reconnais la forme, j’écris u et u′, je vérifie u > 0 (racine) ou u ≠ 0 (inverse), j’applique la formule et je factorise. Revoir la méthode →
Exercice 9★★★Facile
Calculer le nombre dérivé demandé. Une fraction s’écrit avec « / » ; un décimal avec une virgule.
:
avec , : . Donc .
:
et . Donc .
:
, donc .
sur :
avec : . Donc .
Exercice 10★★★Facile
Compléter le coefficient de chaque dérivée.
:
avec .
:
avec , : .
: avec
.
: avec
avec : .
Exercice 11★★★Moyen
Soit sur .
Démontrer que . Contrôle :
Rédaction attendue. Sur , , donc est dérivable, de dérivée . Par produit : . Contrôle : .
Le minimum de sur vaut
, donc a le signe de : négatif sur , positif sur . Le minimum est .
Exercice 12★★★Difficile
Soit sur . Une fraction s’écrit avec « / ».
Démontrer que et donner
Rédaction attendue. On pose , dérivable sur (quotient, ). Par quotient : . Comme , : . Donc .
.
Cas 4Dérivée seconde
Réflexe — f″ = (f′)′ ; le signe de f″ donne les variations de f′, et l’extremum de f′ donne son signe ; position, vitesse, accélération : x, x′, x″. Revoir la méthode →
Exercice 13★★★Facile
Calculer , puis la valeur demandée. Une fraction s’écrit avec « / ».
:
, , donc .
:
, , donc .
:
, puis . Donc .
sur :
. On dérive avec , : . Donc .
Exercice 14★★★Facile
Un mobile se déplace sur un axe ; sa position (en m) à l’instant (en s), pour , est . Un décimal s’écrit avec une virgule.
Vitesse initiale : m/s
, donc m/s.
L’accélération s’annule à l’instant s
, nul pour s.
Justifier que la vitesse est minimale à cet instant. Vitesse minimale : m/s
Rédaction attendue. est négatif sur et positif sur . Donc est décroissante sur puis croissante : elle atteint son minimum en , avec m/s. La vitesse négative signifie que le mobile recule à cet instant.
Exercice 15★★★Moyen
Soit sur . Un décimal s’écrit avec une virgule.
Démontrer que . Contrôle :
Rédaction attendue. avec , : . Par produit : . Donc .
s’annule en deux réels opposés ; le positif vaut
, donc .
Sur , atteint son minimum en ce réel positif. Valeur approchée au centième de ce minimum :
sur et sur : décroît puis croît, son minimum est , soit . C’est l’endroit où la courbe descend le plus vite.
Exercice 16★★★Difficile
On veut démontrer que pour tout , . On pose sur .
, donc .
Démontrer l’inégalité à l’aide de . Application : pour , le minorant vaut
Rédaction attendue. Pour : , car (exponentielle croissante). Donc est croissante sur et . Ainsi est croissante sur et , c’est-à-dire . Pour : , et en effet .
Cas 5Étudier une fonction composée
Réflexe — intervalle de dérivabilité, f′ factorisée, j’écarte les facteurs positifs (eᵘ, √u, carrés), signe du reste, tableau de variations ; tangente y = f′(a)(x − a) + f(a). Revoir la méthode →
Exercice 17★★★Facile
Extremums à l’aide des variations de .
admet un minimum en
a le signe de : décroît sur et croît sur .
Ce minimum vaut avec
. Le minimum de n’est pas : c’est .
, définie sur , a pour maximum
croît sur et décroît sur (sommet en ) ; a les mêmes variations. Maximum : .
Exercice 18★★★Facile
Équation réduite de la tangente au point indiqué.
, au point d’abscisse :
, donc .
Même tangente :
: .
, au point d’abscisse :
, donc .
Même tangente :
: .
Exercice 19★★★Moyen
Soit . Une fraction s’écrit avec « / ».
Démontrer que est définie et dérivable sur , puis étudier ses variations. Maximum de :
Rédaction attendue. Le discriminant de vaut : ce trinôme ne s’annule pas et reste strictement positif sur . Donc avec est définie et dérivable sur , et . Le dénominateur est strictement positif : a le signe de , positif sur , négatif sur . Donc est croissante sur et décroissante sur ; son maximum est .
.
Exercice 20★★★Difficile
Soit sur . Un décimal s’écrit avec une virgule.
Démontrer que et en déduire les variations de . Le maximum est atteint en
Rédaction attendue. Sur , la racine carrée est dérivable et . Par produit : . Comme et , a le signe de : est croissante sur et décroissante sur . Le maximum est atteint en .
Valeur approchée de ce maximum au centième :
, soit .
Nombre de solutions de l’équation sur :
; en , tend vers (croissances comparées). Sur , est continue et strictement croissante, de (limite) à : une solution (théorème des valeurs intermédiaires, cas strictement monotone). Sur , décroît strictement de vers : une seconde solution. Il y en a .
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