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Exercice corrigé : Convexité de exp(f)

Exercice 12 · Convexité de exp(f)

approfondissement●●●
Dériver une composée deux foisRaisonner sur une fonction quelconqueFournir un contre-exempleDéterminer un point d'inflexion

Soit $f$ une fonction deux fois dérivable sur un intervalle $I$. On définit sur $I$ la fonction $g=e^{f}$, c'est-à-dire $g(x)=e^{f(x)}$.

  1. Montrer que, pour tout $x\in I$, $g''(x)=\big(f''(x)+f'(x)^2\big)e^{f(x)}$.
  2. En déduire que si $f$ est convexe sur $I$, alors $g$ est convexe sur $I$.
  3. Application : étudier la convexité de $x\mapsto e^{x^2}$ sur $\mathbb{R}$.
  4. La fonction $x\mapsto -x^2$ est concave sur $\mathbb{R}$. La fonction $x\mapsto e^{-x^2}$ est-elle concave sur $\mathbb{R}$ ? Conclure sur la réciproque « si $f$ est concave, alors $e^f$ est concave ».
  5. Étudier la convexité de la fonction $k$ définie sur $]0\,;+\infty[$ par $k(x)=e^{\sqrt x}$ et déterminer le point d'inflexion de sa courbe.

Le cours associé

Compléments sur la dérivation, convexité

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