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Dérivée seconde et convexité

26 min5 exercicesSéquence 2.2 — Terminale
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Durée : 26 min

La dérivée seconde

La dérivée seconde de ff, notée f′′f'', est la dérivée de la fonction dérivée f′f' :

f′′(x)=(f′)′(x)f''(x) = (f')'(x)

Exemple : si f(x)=x3−3xf(x) = x^3 - 3x, alors f′(x)=3x2−3f'(x) = 3x^2-3, et f′′(x)=6xf''(x) = 6x.

Convexité et concavité

Définition graphique : une fonction est convexe sur un intervalle si sa courbe est entièrement située au-dessus de chacune de ses tangentes sur cet intervalle (la courbe "se creuse vers le haut", comme un bol).

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Une fonction est concave si sa courbe est entièrement au-dessous de chacune de ses tangentes (comme un dôme).

Théorème (lien avec f′′f'') :

- ff est convexe sur II si et seulement si f′′(x)⩾0f''(x) \geqslant 0 pour tout x∈Ix \in I ;

- ff est concave sur II si et seulement si f′′(x)⩽0f''(x) \leqslant 0 pour tout x∈Ix \in I.

Concrètement, étudier le signe de f′′f'' permet de déterminer la convexité de ff, exactement comme on étudie le signe de f′f' pour déterminer ses variations.

Point d'inflexion

Définition : un point d'inflexion est un point où la courbe de ff change de convexité (passe de convexe à concave, ou inversement). En un point d'inflexion aa, f′′(a)=0f''(a)=0 et f′′f'' change de signe en aa.

Exemple : pour f(x)=x3f(x)=x^3, f′′(x)=6xf''(x)=6x s'annule en x=0x=0 et change de signe (négatif avant, positif après). Le point (0;0)(0;0) est donc un point d'inflexion de la courbe de ff.

Attention : f′′(a)=0f''(a)=0 seul ne suffit pas à garantir un point d'inflexion ; il faut vérifier que f′′f'' change réellement de signe autour de aa.

Exercices

Une fonction ff est convexe sur un intervalle II si et seulement si :

En un point d'inflexion, la dérivée seconde s'annule et change de signe.

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