Étude d'une famille de fonctions (avec exponentielle) dépendant d'un paramètre.


  • M

    Bonjours S'il-vous-plaît pouvez-vous m'aider à démarrer
    Le repère (O, i, j) est orthogonal. L’unité graphique est égale à 2 cm sur (Oi) et à 15 cm sur (Oj). Soit fmf_mfm la famille de fonctions définies par :

    fm(x)f_m(x)fm(x)=xmm!e−x\dfrac{x^m}{m ! }e^{-x}m!xmex où m est un nombre entier naturel non nul. On désigne par (CmC_mCm) la courbe représentative de fmf_mfm

    1. a) Démontrer par récurrence sur m que :
      ∀m∈N∗,\forall m\in N*,mN,(∀x∈[0;+∞[(\forall x\in[0; +\infty[ (x[0;+[,
      exe^xex>xmm!\dfrac{x^m}{m ! }m!xm
      En déduire que les parties d'abscisses positives des courbes (CmC_mCm) sont comprises entre les droites d'équations y=0 et y=1.
      b) Calculer alors la limite de fm(x)f_m(x)fm(x) quand x tend vers +oo.
    2. a) Étudier les variations de (CmC_mCm) suivant les valeurs de m.
      (On distinguera les cas m = 1, m pair et m impair).
      b) Dresser les tableaux de variations correspondant à chaque cas.
    3. On désigne par AmA_mAm le point de (CmC_mCm)  dont l'abscisse définit le maximum relatif de (fmf_mfm)

    a) Vérifier que : ∀m∈N∗\forall m\in N*mN, fm−fm+1=fm+1′f_m-f_{m+1}=f ' _ {m+1}fmfm+1=fm+1
    Étudier la position relative des courbes (CmC_mCm) et (Cm+1C_{m+1}Cm+1) et démontrer que ces courbes se coupent en O et AmA_mAm
    b) Étudier la position relative des courbes (CmC_mCm) et (Cm+2C_{m+2}Cm+2) et démontrer que ces courbes se coupent en O et en un point dont l'abscisse appartient à [m + 1 ; m + 2].
    4. Utiliser les résultats précédents pour tracer les courbes (C1C_{1}C1).(C2C_{2}C2)  et (C3C_{3}C3). On précisera les points d' intersection des courbes que la question précédente permet de connaître, ainsi que les tangentes en O à ces diferentes courbes.

    • élément de liste

  • mtschoon

    Bonsoir mounkaila,

    Une piste possible pour démarrer la récurrence

    Soit gm(x)=ex−xmm!g_m(x)=e^x-\dfrac{x^m}{m!}gm(x)=exm!xm

    Initialisation pour m=1

    g1(x)=ex−x11!=ex−xg_1(x)=e^x-\dfrac{x^1}{1!}=e^x-xg1(x)=ex1!x1=exx
    g′(x)=ex−1g'(x)=e^x-1g(x)=ex1

    Pour x≥0x\ge 0 x0, g′(x)≥0g'(x) \ge 0g(x)0 donc g croissante .
    or g1(0)=1g_1(0)=1g1(0)=1 donc g1(x)≥1g_1(x) \ge 1g1(x)1 donc g1(x)>0g_1(x) \gt 0g1(x)>0
    Conclusion :
    ex−x>0e^x-x \gt 0exx>0
    ex>xe^x\gt xex>x

    Applique la même démarche pour l'hérédité

    Tu supposes que gm(x)>0g_m(x)\gt0gm(x)>0

    gm+1(x)=ex−xm+1m+1!g_{m+1}(x)=e^x-\dfrac{x^{m+1}}{m+1!}gm+1(x)=exm+1!xm+1
    Tu calcules sa dérivée, son signe d'où le sens de variation de gm+1g_{m+1}gm+1
    Tu calcules gm+1(0)g_{m+1(0)}gm+1(0)
    Tu tires la conclusion en utilisant l'hypothèse de la récurrence.

    Reposte si besoin.