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Compter les solutions à l'aide d'un tableau de variations : méthode (Terminale spé)

Méthode

Compter les solutions à l'aide d'un tableau de variations

  1. Dresser le tableau de variations complet (valeurs aux extrémums et limites aux bornes).
  2. Découper le domaine en intervalles sur lesquels $f$ est strictement monotone.
  3. Sur chaque intervalle, regarder si $k$ est compris entre les valeurs (ou limites) aux bornes : si oui, une unique solution sur cet intervalle ; si non, aucune.
  4. Additionner.
Exemple

Trois solutions

Soit $f(x)=x^3-3x+1$ sur $\mathbb{R}$. On a $f'(x)=3x^2-3=3(x-1)(x+1)$, positive sur $]-\infty\,;-1]$ et sur $[1\,;+\infty[$, négative sur $[-1\,;1]$. De plus $f(-1)=-1+3+1=3$ et $f(1)=1-3+1=-1$. Les limites en $-\infty$ et $+\infty$ sont celles du terme $x^3$.

$x$ $-\infty$ $-1$ $1$ $+\infty$
$f'(x)$ $+$ $0$ $-$ $0$ $+$
$f(x)$ $-\infty$ $\nearrow$ $3$ $\searrow$ $-1$ $\nearrow$ $+\infty$
  • Sur $]-\infty\,;-1]$ : $f$ continue, strictement croissante, de $-\infty$ à $3$, et $0\in\,]-\infty\,;3]$ : une unique solution.
  • Sur $[-1\,;1]$ : $f$ continue, strictement décroissante, de $3$ à $-1$, et $0\in[-1\,;3]$ : une unique solution.
  • Sur $[1\,;+\infty[$ : $f$ continue, strictement croissante, de $-1$ à $+\infty$ : une unique solution.

L'équation $f(x)=0$ admet donc exactement trois solutions dans $\mathbb{R}$.

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Dans le cours

Continuité : Compter les solutions à l'aide d'un tableau de variations