∑ Mathématiques · Bac Pro Terminale Bac Pro ASSP · Chapitre 2

Dérivation et variations

Nombre dérivé et tangente, fonction dérivée des polynômes de degré 3 au plus, signe de la dérivée et sens de variation, tableau de variations, recherche d'un maximum ou d'un minimum en situation professionnelle.

1. Nombre dérivé et tangente

Définition

Le nombre dérivé $f'(a)$ est le coefficient directeur de la tangente à la courbe de $f$ au point d'abscisse $a$. Il mesure la vitesse de variation de $f$ en $a$. Équation de la tangente : $y = f'(a)(x - a) + f(a)$.

123456789101151015200t (h)C (mg/L)tangente horizontale : f'(t) = 0
Concentration d'un médicament dans le sang : au maximum, la tangente est horizontale (nombre dérivé nul).

2. Fonctions dérivées usuelles

Propriété · Règles

$f(x)$$k$ (constante)$x$$x^2$$x^3$$ax + b$
$f'(x)$$0$$1$$2x$$3x^2$$a$

La dérivée d'une somme est la somme des dérivées ; $(k \times u)' = k \times u'$. Exemple : $f(x) = 2x^3 - 5x^2 + 4$ donne $f'(x) = 6x^2 - 10x$.

3. Sens de variation

Propriété · Signe de la dérivée

Si $f'(x) \gt 0$ sur un intervalle, $f$ est croissante sur cet intervalle ; si $f'(x) \lt 0$, $f$ est décroissante. Si $f'$ s'annule en changeant de signe en $a$, $f$ admet un extremum (maximum ou minimum) en $a$.

Méthode · Étudier les variations

  1. Calculer $f'(x)$.
  2. Étudier son signe (factoriser, résoudre $f'(x) = 0$).
  3. Dresser le tableau de variations et calculer les extremums.

Exemple · Bénéfice maximal

$B(x) = -2x^3 + 9x^2 + 60x$ (en centaines d'euros, $x$ en centaines d'articles, $x \in [0\,;\,7]$). $B'(x) = -6x^2 + 18x + 60 = -6(x - 5)(x + 2)$. Sur $[0\,;\,7]$, $B'$ est positive avant $5$, négative après : maximum $B(5) = 275$.

1234567501001502002503000xB(x)maximum (5 ; 275)
Bénéfice B(x) = ?2x³ + 9x² + 60x : croissant puis décroissant, maximal pour x = 5.

Activité · Vérifier avec la calculatrice

Matérielcalculatrice graphique ou GeoGebra.
ConsigneTracer $B(x) = -2x^3 + 9x^2 + 60x$ sur $[0\,;\,7]$, utiliser l'outil « maximum », puis tracer la tangente en $x = 5$.
RésultatLe maximum est obtenu pour $x = 5$ ($B = 275$) et la tangente en ce point est horizontale.
BilanUn extremum correspond à un nombre dérivé nul : la tangente y est horizontale.

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Exercices corrigés

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1

Lire un nombre dérivé

★☆☆

La tangente à une courbe au point d'abscisse $2$ passe par $(2\,;\,5)$ et $(4\,;\,9)$. Que vaut $f'(2)$ ?

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2

Tangente horizontale

★☆☆

Sur la figure du cours, que vaut le nombre dérivé au maximum de la concentration ?

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5

Dérivée avec coefficients décimaux

★★☆

Dériver $h(x) = -0{,}5x^3 + 1{,}5x^2 + 4x$.

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6

Calcul d'un nombre dérivé

★☆☆

Avec $f(x) = x^2 + 3x$, calculer $f'(1)$.

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7

Équation de tangente

★★☆

Équation de la tangente à $f(x) = x^2$ au point d'abscisse $3$ ?

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8

Signe et variations

★★☆

$f'(x) = 2x - 8$. Sur quel intervalle $f$ est-elle croissante ?

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9

Tableau de variations

★★☆

Étudier les variations de $f(x) = x^2 - 6x + 1$ sur $[0\,;\,10]$.

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10

Maximum d'une parabole

★★☆

Le nombre de visiteurs d'un salon est $V(t) = -3t^2 + 36t$ ($t$ en heures). À quelle heure est-il maximal ?

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11

Vérifier le bénéfice maximal

★★☆

Dans l'exemple du cours, vérifier que $B'(5) = 0$ et calculer $B(5)$.

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12

Factoriser la dérivée

★★☆

Vérifier que $-6x^2 + 18x + 60 = -6(x - 5)(x + 2)$.

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13

Variations d'une cubique

★★★

Étudier les variations de $f(x) = x^3 - 3x$ sur $[-3\,;\,3]$.

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14

Volume d'une boîte

★★★

On découpe des carrés de côté $x$ aux coins d'un carton de $30$ cm pour faire une boîte : $V(x) = x(30 - 2x)^2 = 4x^3 - 120x^2 + 900x$. Pour quel $x$ le volume est-il maximal ?

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15

Coût moyen

★★★

Le coût de production de $x$ repas est $C(x) = x^2 - 40x + 600$ ($x \in [0\,;\,40]$). Pour quel nombre de repas le coût est-il minimal ?

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16

Vitesse de remplissage

★★☆

Le volume d'un réservoir est $V(t) = 2t^2 + 5t$ (L, $t$ en min). Vitesse de remplissage à $t = 3$ min ?

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17

Lecture graphique

★☆☆

D'après la figure du bénéfice, sur quel intervalle $B$ est-elle croissante ?

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18

Signe de f'(x) et tangente

★★☆

Si $f'(2) = -3$, la fonction est-elle croissante ou décroissante au voisinage de $2$ ? Que dire de la tangente ?

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19

Recette maximale

★★★

La recette d'un atelier est $R(x) = -x^3 + 12x^2$ pour $x \in [0\,;\,12]$. Pour quel $x$ est-elle maximale ?

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20

Vrai ou faux

★★☆

a) La dérivée de $x^3$ est $3x^2$. b) Si $f'(x) \gt 0$, $f$ est décroissante. c) En un maximum, $f'$ s'annule.

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