Mécanique 4 · Tutoriel

Variations extremums concavite

La mécanique à maîtriser avant de passer aux exercices.

À retenirle signe des dérivées raconte toute l'histoire de la courbe

Signe de ff' \Longleftrightarrow variations.

  • f(x)>0f'(x)>0 sur un intervalle \Rightarrow ff croissante (\nearrow).
  • f(x)<0f'(x)<0 sur un intervalle \Rightarrow ff décroissante (\searrow).
  • ff' s'annule en changeant de signe \Rightarrow extremum : ++ puis - == maximum ; - puis ++ == minimum.

Signe de ff'' \Longleftrightarrow concavité.

  • f(x)>0f''(x)>0 \Rightarrow courbe convexe (concave vers le haut, « bol » \smile).
  • f(x)<0f''(x)<0 \Rightarrow courbe concave (concave vers le bas, « cloche » \frown).
  • ff'' s'annule en changeant de signe \Rightarrow point d'inflexion.
Méthodedresser un tableau de variation en 6 étapes
  1. Domaine de ff (valeurs interdites : dénominateur nul, ln\ln négatif…).
  2. Calculer la dérivée f(x)f'(x).
  3. Résoudre f(x)=0f'(x)=0 pour trouver les valeurs critiques.
  4. Étudier le signe de ff' en factorisant (produit de facteurs, règle des signes).
  5. Reporter le signe dans le tableau et tracer les flèches (\nearrow si ++, \searrow si -).
  6. Repérer les extremums là où ff' change de signe et calculer leur valeur f(x0)f(x_0).
Piègeune dérivée qui s'annule ne donne pas toujours un extremum

Il faut un changement de signe de ff'. Par exemple f(x)=(3x1)2f(x)=(3x-1)^2 ou f(x)=x3f(x)=x^3 : la dérivée s'annule mais reste du même signe de part et d'autre. Alors aucun extremum (pour x3x^3, c'est un point d'inflexion à tangente horizontale).

Exempleminimum d'une parabole

Soit f(x)=x24x+3f(x)=x^2-4x+3 sur R\mathbb{R}.

  • Dérivée : f(x)=2x4f'(x)=2x-4.
  • f(x)=0 x=2f'(x)=0 \iff x=2.
  • Signe : f(x)<0f'(x)<0 pour x<2x<2 (\searrow), f(x)>0f'(x)>0 pour x>2x>2 (\nearrow).
  • Donc ff' passe de - à ++ : minimum en x=2x=2, de valeur f(2)=48+3=1f(2)=4-8+3=-1.
Ensuite, 3 niveaux d'exercices :
FacileMoyenDifficile
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