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vars_004.tex

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\exo {Maximum et sens de variation pour une fonction polynôme de degré 2}
 
On considère la fonction $f$ définie sur $\rset $ par
$$
   f (x) = -x^2 + 4x -1.
$$
 
\itemnum Montrer que $f (x)$ peut également s'écrire
$$
  f (x) = -(2-x)^2 + 3.
$$
 
\itemnum Résoudre dans $\rset $ l'équation $-x^2 + 4x - 1 = 3$.
 
\itemnum Montrer que $3$ est le maximum de la fonction $f$.
 
\itemnum Montrer que la fonction $f$ est décroissante pour $x \in [2;
+\infty [$
 
\finexo
 
\corrige {}
 
\itemnum On vérifie facilement que $-(2-x)^2 + 3 = -x^2 + 4x -1$, ce
qui prouve que \dresultat {f (x) = -(2-x)^2 + 3}.
 
\itemnum En utilisant la question précédente, il vient
$$
   -x^2 + 4x - 1 = 3
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   -(2-x)^2 + 3 = 3
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   (2-x)^2 = 0
$$
d'où \tresultat {l'unique solution~: $x=2$}.
 
\itemnum D'après la question précédente, on a \dresultat {f (2) =
3}. Il nous reste donc à montrer que $f (x)\leq 3$ pour tout réel
$x$. Or
$$
   f (x) \leq 3
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   -(2-x)^2 + 3 \leq 3
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   -(2-x)^2 \leq 0
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   (2-x)^2 \geq 0
$$
et cette dernière inégalité est toujours vraie puisque le carré d'un
nombre réel est toujours positif ou nul. Ce qui prouve que l'inégalité
\tresultat {$f (x) \leq 3$ est toujours vraie} et donc que \tresultat
{$3$ est le maximum de $f$}.
 
\itemnum Il nous faut montrer que si $a$ et $b$ sont deux nombres tels
que $2\leq a\leq b$, alors $f (a) \geq f (b)$. Il vient alors
$$\eqalign {
   2 \leq a \leq b
      \quad &\Longleftrightarrow \quad
   -2 \geq -a \geq -b
      \quad \Longleftrightarrow \quad
   0 \geq 2-a \geq 2-b
\cr
      &\Longleftrightarrow \quad
   0 \leq (2-a)^2 \leq (2-b)^2 
      \quad \hbox {(car $x\mapsto x^2$ est décroissante sur
   $]-\infty ;0]$)}
\cr
      &\Longleftrightarrow \quad
   0 \geq -(2-a)^2 \geq -(2-b)^2 
\cr
      &\Longleftrightarrow \quad
   3 \geq 3-(2-a)^2 \geq 3-(2-b)^2 
\cr
      &\Longleftrightarrow \quad
   3 \geq f (a) \geq f (b)
\cr
}$$
ce qui prouve que \tresultat {la fonction $f$ est décroissante sur
$]-\infty ; 0]$}.
 
\fincorrige