Corrigé – Métropole 2023 J1 (accessible) – Exercice 2

Thème : Fonctions, logarithme népérien.

f définie sur ]0 ; +[ par f(x) = x2 8 ln x.

1. Limite en 0

     2
lixm→0x  =  0  et  xli→m0 lnx =  − ∞

Donc lim x0(8 ln x) = +.

lim x0f(x) = +

2. Limite en +

          (          )
f(x ) = x2  1 − 8lnx-
                  x2

D’après les croissances comparées, lim x+ln-x
 x2 = 0.

lim x+x2 = +, donc par produit :

lim x+f(x) = +

3. Dérivée

f est dérivable sur ]0 ; +[ :

                     2          2
f′(x) = 2x − 8- = 2x--−-8-=  2(x-−--4) = 2(x-−-2)(x-+-2)
             x       x           x              x

4. Tableau de variations

Pour x > 0, x + 2 > 0 et x > 0, donc f(x) est du signe de x 2.

f(2) = 4 − 8ln 2 = 4(1 − ln 4)

[Picture]

5. Équation f(x) = 0 sur ]0 ; 2]

Sur ]0 ; 2], f est continue (car dérivable) et strictement décroissante.

lim x0f(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 ; +[.

6. Signe de f

      |
  x   |0      α      β
 + ∞  |
------|--------------------
 f(x) |   +   0  −   0  +
      |
      |

7. Fonction gk(x) = f(x) + k

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