Corrigé – Métropole 2023 J1 (accessible) – Exercice 2
Thème : Fonctions, logarithme népérien.
f définie sur ]0 ; +∞[ par f(x) = x2 − 8 ln x.
Donc lim x→0(−8 ln x) = +∞.
lim x→0f(x) = +∞
D’après les croissances comparées, lim x→+∞ = 0.
lim x→+∞x2 = +∞, donc par produit :
lim x→+∞f(x) = +∞
f est dérivable sur ]0 ; +∞[ :
Pour x > 0, x + 2 > 0 et x > 0, donc f′(x) est du signe de x − 2.
Sur ]0 ; 2], f est continue (car dérivable) et strictement décroissante.
lim x→0f(x) = +∞, f(2) = 4(1 − ln 4) ≈−1,54, et 0 ∈ [f(2) ; +∞[.
D’après le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires, f(x) = 0 admet une unique solution sur ]0 ; 2].
Sur [2 ; +∞[, f est continue et strictement croissante, f(2) < 0 et lim +∞f = +∞, donc une unique solution aussi.
Au total, f(x) = 0 admet exactement deux solutions α et β sur ]0 ; +∞[.
gk a les mêmes variations que f, translatée de k.
On veut gk(x) ≥ 0 pour tout x > 0, soit f(x) ≥−k pour tout x.
La plus petite valeur de f est f(2) = 4 − 8 ln 2.
Donc −k ≤ 4 − 8 ln 2, soit k ≥ 8 ln 2 − 4.
kmin = 8 ln 2 − 4