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La fonction exponentielle

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  1. 1

    Un condensateur se décharge : la tension à ses bornes est u(t)=12e5tu(t) = 12e^{-5t}, en volts, t en secondes.
    Quel pourcentage de la tension initiale reste-t-il à l'instant t=1t = 1 s ? Arrondis au centième de pour cent.

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    a) u(t)=12×(5)e5t=60e5t<0u'(t) = 12 \times (-5)e^{-5t} = -60e^{-5t} < 0 : u est strictement décroissante.
    b) u(0)=12u(0) = 12 et u(0)=60u'(0) = -60 : tangente y=60t+12y = -60t + 12. Elle coupe l'axe quand 60t+12=0-60t + 12 = 0, soit t=0,2t = 0{,}2 s : c'est la constante de temps τ.
    c) u(1)u(0)=e50,00674\frac{u(1)}{u(0)} = e^{-5} \approx 0{,}006\,74.
    Il reste environ 0,67 % de la tension initiale (au bout de 5τ, la décharge est pratiquement terminée).

  2. 2

    Soit f(x)=(x2+x1)exf(x) = (x^{2} + x - 1)e^{x} sur ℝ. Les valeurs approchées sont à arrondir au millième.
    Dresse le tableau de variations de f sur ℝ, avec les extremums et les limites en -\infty et en ++\infty.

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    a) f(x)=(2x+1)ex+(x2+x1)ex=(x2+3x)ex=x(x+3)exf'(x) = (2x + 1)e^{x} + (x^{2} + x - 1)e^{x} = (x^{2} + 3x)e^{x} = x(x + 3)e^{x}.
    b) ex>0e^{x} > 0 : f′ est positive sur ];3[]-\infty \,;\, -3[, négative sur ]3;0[]-3 \,;\, 0[, positive sur ]0;+[]0 \,;\, +\infty[.
    c) Maximum local : f(3)=(931)e3=5e30,249f(-3) = (9 - 3 - 1)e^{-3} = 5e^{-3} \approx 0{,}249. Minimum local : f(0)=1f(0) = -1.
    En ++\infty : x2+x1x^{2} + x - 1 et exe^{x} deviennent très grands, la limite est ++\infty.
    En -\infty : avec X=xX = -x, f(x)=X2eXXeXeXf(x) = X^{2}e^{-X} - Xe^{-X} - e^{-X}, et chaque terme se rapproche de 0 par croissance comparée : la limite est 0.
    f croît de 0 (en -\infty) à 5e35e^{-3}, décroît jusqu'à 1-1, puis croît vers ++\infty.

  3. 3

    Après la prise d'un comprimé, la concentration d'un médicament dans le sang est C(t)=10te0,5tC(t) = 10te^{-0{,}5t}, en mg/L, t en heures.
    a) Montre que C(t)=5(2t)e0,5tC'(t) = 5(2 - t)e^{-0{,}5t}.
    b) Détermine la limite de C en ++\infty.
    c) À quel instant la concentration est-elle maximale ? Donne ce maximum en valeur exacte, puis arrondi au centième.

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  4. 4

    Dans un circuit RC, la tension aux bornes du condensateur est u(t)=9(1e100t)u(t) = 9\left(1 - e^{-100t}\right), en volts, t en secondes.
    À l'aide de la calculatrice, détermine la durée minimale, arrondie à la milliseconde supérieure, au bout de laquelle la tension atteint 99 % de E.

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  5. 5

    Soit f(x)=e2x2e×exf(x) = e^{2x} - 2e \times e^{x} sur ℝ.
    Dresse le tableau de variations de f sur ℝ, avec la valeur exacte du minimum et les limites en -\infty et en ++\infty.

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  6. 6

    Une tasse de thé refroidit dans une pièce à 20 °C : sa température est T(t)=20+70ektT(t) = 20 + 70e^{-kt}, en °C, t en minutes, où k est un réel strictement positif. Au moment où le thé est servi, il perd 3,5 °C par minute.
    Calcule la température du thé au bout de 20 minutes, arrondie au dixième.

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  7. 7

    Soit h(x)=(2x+3)ex+1h(x) = (2x + 3)e^{-x} + 1 sur ℝ.
    Dresse le tableau de variations de h sur ℝ, avec le maximum en valeur exacte puis arrondi au centième.

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  8. 8

    Une population de bactéries compte N(t)=500e0,4tN(t) = 500e^{0{,}4t} individus, t en heures.
    À l'aide de la calculatrice, détermine au bout de combien d'heures entières la population dépasse pour la première fois 10 000 bactéries.

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  9. 9

    On compare ene^{n} et n4n^{4} pour les entiers n2n \ge 2.
    Détermine le plus petit entier n2n \ge 2 pour lequel en>n4e^{n} > n^{4}.

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  10. 10

    On note Cf\mathcal{C}_{f} et Cg\mathcal{C}_{g} les courbes de f(x)=exf(x) = e^{x} et g(x)=e2xg(x) = e^{2 - x}, et T1T_{1} et T2T_{2} leurs tangentes respectives au point d'abscisse 1.
    Calcule l'aire du triangle formé par T1T_{1}, T2T_{2} et l'axe des abscisses, en valeur exacte puis arrondie au centième.

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