Étude de variations

Énoncé

Soit f(x) = x^3 - 12x + 5. a) Calculer f'(x). b) Étudier le signe de f'(x) et en déduire le tableau de variations de f.

Indice : Factorise f'(x) pour trouver ses racines.

Correction

  1. Étape 1 : Ce qu'il faut voir. C'est le grand résultat du chapitre, celui pour lequel tout le reste a été appris : le signe de la dérivée donne le sens de variation de la fonction. Ici f' sera du second degré : on retrouve tout le savoir-faire du chapitre précédent. Signe de la dérivée et variations : Sur un intervalle : - si f'(x) > 0, alors f est strictement croissante ; - si f'(x) < 0, alors f est strictement décroissante ; - si f' s'annule en changeant de signe, f y admet un extremum local. La méthode, dans l'ordre : 1. Calculer f'(x). 2. La factoriser — c'est ce qui rend son signe lisible. 3. Dresser le tableau de signes de f'. 4. En déduire les variations de f, et calculer les valeurs des extremums.
  2. Étape 2 : a) On dérive terme à terme : f'(x) = 3x^2 - 12. On la factorise sans attendre, car c'est sous forme factorisée que son signe se lira. Le 3 se met en facteur, et il reste une différence de deux carrés : f'(x) = 3(x^2 - 4) = 3(x - 2)(x + 2).

    f'(x) = 3(x-2)(x+2)

  3. Étape 3 : b) La forme factorisée donne les racines immédiatement : f'(x) = 0 x = 2 ou x = -2. f' est un trinôme de coefficient dominant 3 > 0 : il est donc positif à l'extérieur de ses racines et négatif entre elles. | x | - | | -2 | | 2 | | + | |---|---|---|---|---|---|---|---| | f'(x) | | + | 0 | - | 0 | + | | | f | | croît | 21 | décroît | -11 | croît | | Contrôle sur une valeur par zone : f'(-3) = 27 - 12 = 15 > 0, f'(0) = -12 < 0, f'(3) = 27 - 12 = 15 > 0 ✓
  4. Étape 4 : On calcule les valeurs de f aux deux points où la dérivée s'annule : f(-2) = (-2)^3 - 12 (-2) + 5 = -8 + 24 + 5 = 21. f(2) = 8 - 24 + 5 = -11.

    f(-2) = 21, f(2) = -11

  5. Étape 5 : Conclusion. f est croissante sur ]-\,;-2], décroissante sur [-2\,;2], puis croissante sur [2\,;+[. Elle admet un maximum local valant 21 en x = -2, et un minimum local valant -11 en x = 2. ⚠️ Le mot local compte. Ce ne sont pas les valeurs extrêmes de f sur R : la fonction croît ensuite sans limite, donc elle finit par dépasser 21. Le maximum n'est « le plus grand » que dans un voisinage de -2.
  6. Étape 6 : L'erreur classique : Étudier le signe de f au lieu de celui de f'. Ce sont deux questions différentes : le signe de f dit si la courbe est au-dessus ou au-dessous de l'axe, le signe de f' dit si elle monte ou descend. Ici c'est bien f' qu'il faut étudier. Annoncer un maximum global. Écrire « le maximum de f est 21 » est faux : f(10) = 1000 - 120 + 5 = 885, bien plus grand. L'extremum est local. Oublier de calculer les valeurs. Un tableau de variations où figurent seulement des flèches, sans f(-2) ni f(2), est incomplet — et ce sont précisément ces nombres qui sont demandés ensuite pour discuter des solutions d'une équation. À retenir : Le réflexe qui structure tout le chapitre : factorise f' dès que tu l'as calculée. Une dérivée factorisée livre ses racines et son signe sans effort ; une dérivée développée oblige à repasser par le discriminant. Et souviens-toi de ce que le tableau raconte : ici la courbe monte, se retourne en (-2\,;21), redescend jusqu'à (2\,;-11), puis remonte définitivement. Si tu peux dessiner cette allure de tête, c'est que tu as compris le tableau.