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Terminale option math complémentaires

Cours : Terminale option math complémentaires > Chapitre 4 

Leçon 4: Point d'inflexion
Mathématiques
Terminale option math complémentaires
Analyse - Convexité
Point d'inflexion
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Dérivée seconde et points d'inflexion

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Ce qu'il faut bien comprendre et retenir.
Un point d’inflexion est un point où la courbe représentative d’une fonction change de convexité. La convexité d'une fonction sur un intervalle est liée au signe de la dérivée seconde sur cet intervalle. Donc si la dérivée seconde change de signe en un point, alors la fonction change de convexité en ce point. C'est pourquoi on utilise la dérivée seconde pour étudier les points d'inflexion de la courbe d'une fonction.

Exemple : Déterminer les coordonnées du point d'inflexion de la courbe représentative de la fonction f:x ↦x5+53x4

Etape 1 : Calcul de la dérivée seconde de f
Voici le calcul :
f′(x)=5x4+203x3f″(x)=20x3+20x2=20x2(x+1)
Etape 1 : Ensemble de définition de f″ et résolution de l'équation f″(x)=0
On cherche les valeurs de x pour lesquelles elle s'annule et les valeurs de x pour lesquelles elle n'est pas définie.
f″ s'annule en 0 et en −1, et elle est définie pour tout x réel. On étudie donc le signe de f″ sur ]−∞ ;−1[, sur ]−1 ;0[ et sur ]0 ;+∞[
Etape 3 : Etude du signe de f″ et de la concavité de la fonction
IntervalleValeur de xf″(x)Conclusion
]−∞ ;−1[x=−2f″(−2)=−80<0f est concave ∩
]−1 ;0[x=−0,5f″(−0,5)=2,5>0f est convexe ∪
]0 ;+∞[x=1f″(1)=40>0f est convexe ∪
Etape 4 : Résultats
On déduit de ce tableau que :
  • f change de convexité en −1. Or, f est définie en −1, donc le point d'abscisse −1 est un point d'inflexion.
  • f ne change pas de convexité en 0, donc le point d'abscisse 0 n'est pas un point d'inflexion.
La courbe représentative de f :
Function f is graphed. The x-axis goes from negative 4 to 4. The graph consists of a curve. The curve starts in quadrant 3, moves upward with decreasing steepness to about (negative 1.3, 1), moves downward with increasing steepness to about (negative 1, 0.7), continues downward with decreasing steepness to the origin, moves upward with increasing steepness, and ends in quadrant 1. The point at (negative 1, 0.7), where the graph changes from moving downward with increasing steepness to downward with decreasing steepness is the inflection point. The part of the curve to the left of this point is concave down, where the curve moves upward with decreasing steepness then downward with increasing steepness. The part of the curve to the right of the inflection point is concave up, where the curve moves downward with decreasing steepness then upward with increasing steepness.
Exercice 1
Voici la copie d'une élève qui devait répondre à la question "La courbe représentative de la fonction f définie par f(x)=(x−2)4 a-t-elle un point d'inflexion ?"
Étape 1 :
f′(x)=4(x−2)3f″(x)=12(x−2)2
Étape 2 : f″ s'annule en 2.
Étape 3 : Le point d'abscisse 2 est un point d'inflexion de la courbe de f.
Sa réponse est-elle exacte ? Sinon, quelle est son erreur ?
Choisissez une seule réponse :

Une erreur fréquente : oublier de vérifier si la dérivée seconde change de signe

A retenir : Il ne suffit pas que f″ s'annule en x pour que x soit l'abscisse d'un point d'inflexion. Ce n'est le cas que si f″ s'annule en changeant de signe. De même, il ne suffit pas que f″ ne soit pas définie en x pour que x soit l'abscisse d'un point d'inflexion. Ce n'est le cas que si la fonction f est définie en x.
Exercice 2
Voici la copie d'un élève qui devait répondre à la question "La courbe représentative de la fonction g définie par g(x)=x3 a-t-elle un point d'inflexion ?"
Étape 1 :
g′(x)=13x−23g″(x)=−29x−53=−29x53
Étape 2 : L'équation g″(x)=0 n'a pas de solution.
Étape 3 : La courbe représentative de g n'a pas de point d'inflexion.
Sa réponse est-elle exacte ? Sinon, quelle erreur a-t-il fait ?
Choisissez une seule réponse :

Une erreur fréquente : Oublier de prendre en compte les valeurs de x pour lesquelles la dérivée n'est pas définie

A retenir : Une valeur de x qui peut être l'abscisse d'un point d'inflexion est une valeur qui annule la dérivée seconde ou une valeur pour laquelle la dérivée seconde n'est pas définie.
Exercice 3
Voici la copie d'un élève qui devait répondre à la question "La courbe représentative de la fonction h définie par h(x)=x2+4x a-t-elle un point d'inflexion ?"
Étape 1 : h′(x)=2x+4
Étape 2 : h′(−2)=0, donc −2 peut être l'abscisse d'un point d'inflexion.
Étape 3 :
IntervalleValeur de xh″(x)Conclusion
]−∞ ;−2[x=−3h′(−3)=−2<0h est concave ∩
]−2 ;+∞[x=0h′(0)=4>0h est convexe ∪
Étape 4 : h est concave si x<−2 et convexe si x>−2, donc −2 est l'abscisse d'un point d'inflexion de la courbe de h.
Sa réponse est-elle exacte ? Sinon, quelle erreur a-t-il fait ?
Choisissez une seule réponse :

Une erreur fréquente : chercher les valeurs de x qui annulent la dérivée première et non la dérivée seconde.

A retenir : a est l'abscisse d'un point d'inflexion de la courbe si la dérivée seconde s'annule en changeant de signe en a. Si la dérivée première s'annule en changeant de signe en a, alors a est l'abscisse d'un extremum.
Exercice 4
g est la fonction définie par g(x)=x4−12x3−42x2+7.
Quelles sont les abscisses des points d'inflexion de la courbe représentative de g ?
Choisissez toutes les réponses possibles :

Pour vous entraîner, vous pouvez faire ces exercices.

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