Exercices corrigés — Dérivation Et Étude De Fonctions (1ère STI2D)
✏️ Exercices — Dérivation et étude de fonctions
1ère STI2D · 30 exercices progressifs · nombre dérivé, tangentes, variations, extrema et optimisation.
A · Nombre dérivé et tangentes
Exercice 1 — Taux de variation et nombre dérivé
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^2-4x+1\).
- Calculer \(f(1)\) puis \(f(1+h)\).
- Simplifier \(\dfrac{f(1+h)-f(1)}h\) pour \(h\ne0\).
- En déduire \(f'(1)\) et interpréter le résultat.
Exercice 2 — Vitesse instantanée
1ère STI2DLa position d’un mobile (en m) est \(s(t)=t^2+2t\), pour \(0\le t\le6\).
- Calculer la vitesse moyenne entre \(2\) et \(2+h\) (\(h\ne0\) et \(2+h\in[0;6]\)).
- En déduire \(s'(2)\).
- Calculer \(s'(5)\) et donner les unités.
Exercice 3 — Lecture d’une tangente
1ère STI2DUne courbe passe par \(A(2;3)\) et sa tangente en \(A\) passe par \(B(5;9)\).
- Déterminer le coefficient directeur de cette tangente.
- Donner \(f(2)\) et \(f'(2)\).
- Déterminer l’équation de la tangente.
Exercice 4 — Tangente à une parabole
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^2-6x+5\).
- Calculer \(f'(x)\).
- Calculer \(f(2)\) et \(f'(2)\).
- Trouver l’équation de la tangente en \(x=2\).
Exercice 5 — Tangentes parallèles
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^2-4x+1\).
- Trouver les abscisses des tangentes de pente \(2\).
- Donner les équations de ces tangentes.
- Existe-t-il une tangente horizontale ?
Exercice 6 — Tangentes à une fonction cubique
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^3-3x+2\).
- Calculer \(f'(x)\).
- Déterminer l’équation de la tangente en \(x=0\).
- Trouver les points où la tangente est horizontale.
B · Calculs de dérivées
Exercice 7 — Dérivation de polynômes
1ère STI2DDériver sur \(\mathbb R\) les trois fonctions suivantes :
- \(f(x)=5x^3-4x^2+7x-9\).
- \(g(x)=-\dfrac32x^2+8x-1\).
- \(h(x)=7-2x^3\).
C · Signes et variations
Exercice 8 — Dérivée factorisée et son signe
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^3-6x^2+9x+1\).
- Calculer et factoriser \(f'(x)\).
- Résoudre \(f'(x)\ge0\).
- Déduire les variations de \(f\) sur \(\mathbb R\).
Exercice 9 — Une dérivée toujours positive
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^3+3x^2+4x-2\).
- Calculer \(f'(x)\) et montrer que \(f'(x)=3(x+1)^2+1\).
- En déduire les variations de \(f\) sur \(\mathbb R\).
Exercice 10 — Étude d’un trinôme
1ère STI2DSoit \(f(x)=2x^2-8x+3\) sur \([-1;6]\).
- Étudier le signe de \(f'(x)\).
- Dresser le tableau de variations de \(f\).
- Trouver son minimum et son maximum sur l’intervalle.
Exercice 11 — Étude d’une fonction cubique
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^3-6x^2+9x+2\) sur \([0;5]\).
- Factoriser \(f'(x)\).
- Dresser son tableau de signes.
- Dresser le tableau de variations et déterminer les extrema globaux.
Exercice 12 — Variations à partir d’une dérivée donnée
1ère STI2DOn considère une fonction \(g\) sur \([-2;5]\) telle que \(g'(x)\) a le signe de \(-2(x+1)(x-3)\). On donne \(g(-2)=0\), \(g(-1)=-5\), \(g(3)=11\), \(g(5)=3\).
- Déterminer les intervalles de monotonie.
- Dresser le tableau de variations.
- Identifier minimum et maximum sur \([-2;5]\).
Exercice 13 — Factoriser pour étudier les variations
1ère STI2DSoit \(f(x)=-x^2+8x-6\) sur \([0;9]\).
- Calculer \(f'(x)\).
- Dresser le tableau de variations.
- Calculer le maximum et les valeurs aux bornes.
Exercice 14 — Un minimum et une tangente
1ère STI2DSoit \(f(x)=3x^2-12x+7\) sur \([0;5]\).
- Étudier les variations.
- Calculer le minimum.
- Déterminer l’équation de la tangente en \(x=1\).
Exercice 15 — Optimiser l’aire d’un panneau
1ère STI2DUn panneau rectangulaire a un périmètre de \(24\ \mathrm m\). Sa largeur est \(x\) mètres.
- Exprimer la longueur et le domaine de \(x\).
- Exprimer son aire \(A(x)\).
- Déterminer les dimensions optimales.
D · Applications technologiques
Exercice 16 — Puissance d’un équipement
1ère STI2DSur \([0;10]\), une puissance électrique (en W) est \(P(I)=20I-2I^2\), \(I\) étant l’intensité (en A).
- Calculer \(P'(I)\) et son signe.
- Déterminer la puissance maximale.
- Interpréter les valeurs \(I=0\), \(I=5\) et \(I=10\).
Exercice 17 — Vitesse et déplacement
1ère STI2DLa position d’un chariot (en m) est \(s(t)=-t^2+6t+1\) sur \([0;6]\).
- Calculer la vitesse \(v(t)=s'(t)\).
- À quel instant le chariot s’arrête-t-il ?
- Déterminer la position maximale.
Exercice 18 — Coût total et coût marginal
1ère STI2DPour \(x\in[0;6]\) centaines de capteurs, le coût total (en milliers d’euros) est \(C(x)=x^3-6x^2+30x+100\).
- Calculer \(C'(x)\) et \(C'(2)\).
- Étudier les variations de \(C\).
- Interpréter \(C'(2)\) avec les unités.
Exercice 19 — Bénéfice maximal d’un atelier
1ère STI2DLe bénéfice (en centaines d’euros) est \(B(x)=-3x^2+36x-60\), où \(x\in[0;10]\) est un nombre de dizaines d’objets.
- Dériver \(B\).
- Trouver la production qui maximise le bénéfice.
- Exprimer le bénéfice maximal en euros.
Exercice 20 — Hauteur maximale d’un mécanisme
1ère STI2DLa hauteur d’un dispositif (en m) est \(h(t)=-5t^2+20t+1\) sur \([0;4]\) secondes.
- Déterminer sa vitesse verticale.
- À quel instant la hauteur est-elle maximale ?
- Calculer cette hauteur.
Exercice 21 — Contrôle : tangente et variations
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^2-2x-3\) sur \([-1;4]\).
- Calculer \(f'(2)\) avec un taux de variation.
- Donner l’équation de la tangente en \(x=2\).
- Étudier les variations et les extrema sur l’intervalle.
E · Synthèses
Exercice 22 — Synthèse : profit d’une entreprise
1ère STI2DPour \(x\in[0;8]\), le bénéfice (en centaines d’euros) est \(B(x)=x^3-12x^2+36x-10\), \(x\) comptant des dizaines de produits.
- Factoriser \(B'(x)\).
- Étudier ses variations.
- Déterminer le bénéfice maximal sur \([0;8]\).
Exercice 23 — Lire et justifier un tableau de variations
1ère STI2DUne fonction dérivable \(f\) sur \([0;8]\) vérifie : \(f'(x)\) a le même signe que \(3(x-2)(x-6)\), et \(f(0)=4\), \(f(2)=24\), \(f(6)=-8\), \(f(8)=12\).
- Compléter son tableau de variations.
- Trouver le maximum et le minimum globaux.
- Donner les abscisses des tangentes horizontales.
Exercice 24 — Application : aire sous contrainte
1ère STI2DAvec \(40\) m de clôture, on borde trois côtés d’un enclos rectangulaire, le quatrième étant un mur. On note \(x\) la largeur perpendiculaire au mur.
- Exprimer la longueur et l’aire en fonction de \(x\).
- Déterminer le domaine pertinent.
- Trouver les dimensions qui maximisent l’aire.
Exercice 25 — Quotient : dérivée et domaine
1ère STI2DSoit \(f(x)=\dfrac{3x+1}{2x-4}\) définie pour \(x\ne2\).
- Calculer \(f'(x)\).
- Déterminer ses variations sur chaque intervalle de définition.
- Calculer les limites au voisinage de \(2\) et aux infinis.
F · Approfondissements facultatifs
Exercice 26 — Produit de deux fonctions
1ère STI2DSoit \(f(x)=(2x-3)(x^2+1)\).
- Calculer \(f'(x)\) sans développer \(f\).
- Développer et simplifier le résultat.
Exercice 27 — Puissance composée
1ère STI2DSoit \(g(x)=(3x-2)^4\).
- Calculer \(g'(x)\).
- Trouver les tangentes horizontales.
- Dresser les variations de \(g\) sur \(\mathbb R\).
Exercice 28 — Coût moyen rationnel
1ère STI2DLe coût moyen est \(M(x)=x+\dfrac{16}{x}\) sur \([1;10]\).
- Calculer et factoriser \(M'(x)\).
- Étudier les variations de \(M\).
- Déterminer sa valeur minimale.
Exercice 29 — Tangentes parallèles à une droite
1ère STI2DSoit \(f(x)=x^3-3x^2+1\). Déterminer les abscisses où la tangente à la courbe est parallèle à \(y=3x+2\), et écrire les équations des tangentes correspondantes.
Exercice 30 — Optimisation électrique : quotient
1ère STI2DPour \(R>0\) (en \(\Omega\)), la puissance en W est \(P(R)=\dfrac{100R}{(R+5)^2}\).
- Calculer \(P'(R)\).
- Dresser le tableau de variations pour \(R>0\).
- Déterminer la résistance donnant la puissance maximale.