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La fonction exponentielle

🟠 Difficile

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  1. 1

    Soit ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=(x2)exf(x) = (x - 2)e^{x}.
    a) Calcule f(x)f'(x) et factorise le résultat.
    b) Étudie le signe de f(x)f'(x) et dresse le tableau de variations de ff.

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    a) C'est un produit uvuv avec u=x2u = x - 2 et v=exv = e^{x}.
    u=1u' = 1 et v=exv' = e^{x}.
    f(x)=1×ex+(x2)ex=ex(1+x2)=(x1)exf'(x) = 1 \times e^{x} + (x - 2)e^{x} = e^{x}\big(1 + x - 2\big) = (x - 1)e^{x}.

    b) ex>0e^{x} > 0 pour tout réel xx : le signe de ff' est donc celui de x1x - 1.
    f(x)<0f'(x) < 0 pour x<1x < 1, et f(x)>0f'(x) > 0 pour x>1x > 1.
    ff est décroissante sur ];1]]-\infty \,;\, 1] puis croissante sur [1;+[[1 \,;\, +\infty[.
    Elle atteint un minimum en x=1x = 1, où f(1)=(12)e1=e2,72f(1) = (1 - 2)e^{1} = -e \approx -2{,}72.

  2. 2

    Soit ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=ex3xf(x) = e^{x} - 3x.
    a) Calcule f(x)f'(x) et résous f(x)=0f'(x) = 0.
    b) Déduis-en le minimum de ff, en valeur exacte.

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    a) f(x)=ex3f'(x) = e^{x} - 3.
    f(x)=0f'(x) = 0 équivaut à ex=3e^{x} = 3, c'est-à-dire x=ln3x = \ln 3.

    b) exe^{x} est croissante : f(x)<0f'(x) < 0 pour x<ln3x < \ln 3 et f(x)>0f'(x) > 0 pour x>ln3x > \ln 3.
    ff admet donc un minimum en x=ln3x = \ln 3.
    f(ln3)=eln33ln3=33ln3f(\ln 3) = e^{\ln 3} - 3\ln 3 = 3 - 3\ln 3.
    Valeur approchée : 33×1,09860,303 - 3 \times 1{,}0986 \approx -0{,}30.

  3. 3

    On pose A=e5×e3e1A = \dfrac{e^{5} \times e^{-3}}{e^{-1}} et B=(e2)3×e4B = \left(e^{2}\right)^{3} \times e^{-4}.
    a) Écris A et B sous la forme d'une seule puissance de e.
    b) Résous l'équation e2x1=Ae^{2x - 1} = A.

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  4. 4

    Soit ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=2exx2f(x) = 2e^{x} - x^{2}.
    a) Calcule f(x)f'(x) puis f(x)f''(x).
    b) Étudie le signe de f(x)f''(x). La courbe de ff est-elle convexe sur R\mathbb{R} tout entier ?

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  5. 5

    Soit ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=xexf(x) = xe^{-x}.
    a) Calcule f(x)f'(x) et factorise-la.
    b) Détermine l'équation de la tangente à la courbe de ff au point d'abscisse 0.

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  6. 6

    Le nombre de bactéries d'une culture est modélisé par N(t)=500e0,3tN(t) = 500e^{0{,}3t}, où tt est le temps en heures.
    a) Combien y a-t-il de bactéries au départ, et au bout de 5 heures ?
    b) Au bout de combien de temps la population a-t-elle doublé ? Arrondis à l'heure.

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  7. 7

    Résous dans R\mathbb{R} :
    a) e3x=ex+4e^{3x} = e^{x + 4} ;
    b) e2x5ex+6=0e^{2x} - 5e^{x} + 6 = 0 (on posera X=exX = e^{x}).

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  8. 8

    Soit ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=exex+1f(x) = \dfrac{e^{x}}{e^{x} + 1}.
    a) Montre que f(x)=11ex+1f(x) = 1 - \dfrac{1}{e^{x} + 1}.
    b) Déduis-en le sens de variation de ff sur R\mathbb{R}, sans calculer sa dérivée.

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  9. 9

    Soit ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=(2x+3)exf(x) = (2x + 3)e^{-x}.
    a) Calcule f(x)f'(x) et factorise le résultat.
    b) Étudie le signe de ff' et donne le maximum de ff.

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  10. 10

    Résous dans R\mathbb{R} l'équation e2x=ex+6e^{2x} = e^{x + 6}.
    a) Donne la solution.
    b) Résous ensuite l'inéquation e2xex+6e^{2x} \le e^{x + 6}.

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