Fonctions Réciproque Solutions

L.S.El Riadh Fonctions réciproques Mr Zribi

4 ème Sc Solutions

2010-2011

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Exercice1:

1/ f est dérivable sur IR et f'(x)=3x²-2x+3>0

f continue, strictement croissante sur IR donc réalise une bijection de IR

sur f<IR>=] lim ( ), lim ( )x x

f x f x

[=]- ,+ [

2/ f est une bijection de IR dans IR; 0IR donc possède dans IR un seul

antécédent par f

f(x)=0 admet dans IR un unique solution .

f(0)=1 et f(-1

3)=

4

27

f(0) f(-

1

3) <0 ]-

1

3,0[.

Exercice 2:

1)0 0 0 0

( ) (0) 2 (2 ) 2lim lim lim limx x x x

f x f x x x x x

x x x x

Donc f n’est pas dérivable à droite en 0 .

1 1

2

1 1 1

( ) (1) 2 1lim lim

1 1

2 1 ( 1) 1lim lim lim 0

1 ( 1)( 1) 1

x x

x x x

f x f x x

x x

x x x x

x x x x

Donc f est dérivable à gauche en 1.

La fonction x x est dérivable sur 0, donc sur ]0,1[, les fonction

x 2 et x x sont dérivable sur IR donc sur ]0,1[ .

On en conclut alors que f est dérivable sur ]0,1].

2) Pour x de ]0,1] 1 1

'( ) 1 0x

f xx x

.

f est continue et strictement croissante sur

[0,1] donc elle réalise une bijection de [0,1]sur

f< [0,1]>=[0,1].

3) pour tout x[0,1] et y[0,1]; y = f -1

(x)

f(y)=x .

Résolvons l'équation f(y)=x d'inconnue y:

x 0 1

f’(x) + 0

f

1

0


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21

2 2

2 2

2 2 2

2

1

1

( ) ( ) 2 4 ; 0

2 4 0 ; 0

2 ( 2) 0 ; 0

( ( 2)) ( 2) 0 ; 0

( ( 2)) 4(1 ) ; 0

2 1 ( 2) ; 0

(0) 0

, [0,1] : ( ) 2 2 1

y f x f y x y y x y x y x y

y xy x y x y

y y x x x y

y x x x x y

y x x x y

y x x x y

comme f

alors pour tout x f x x

x

4) dérivabilité de f -1

à gauche en 1:

1

( ) (0)lim 0

x

f x f

x

f admet au point d'abscisse 1 une demie

tangente horizontale f -1 admet au point d'abscisse 1 une demie

tangente verticale f -1

n'est pas dérivable à gauche en 1.

Dérivabilité de f -1

à droite en 0:

0

( ) (0)lim

x

f x f

x

f admet au point d'abscisse 1 une demie

tangente verticale f -1 admet au point d'abscisse 1 une demie

tangente horizontale f -1

est dérivable à droite en 0.


sur ]0,1[:

f est dérivable et f ' non nulle sur ]0,1[ donc f -1

est dérivable sur ]0,1[.

Pour tout x[0,1[; 1 1( ) '( ) 1

1f x

x

Exercice 3:

1) a) Df={xIR; 4x²+x 0}

Donc Df= 1

] , [ 0,4

.

La fonction 24x x x est continue, positive sur Df

24x x x est continue sur Df f est continue sur Df comme étant

la somme de fonctions continues..

b) dérivabilité de f sur ]- 1

4[ ]0,+ [:

La fonction 24x x x est dérivable, strictement positive sur

1

] , [ 0,4

x

1

4 0

24x x + - +

0 0


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24x x x est dérivable sur 1

] , [ 0,4

et 2 1x x 1

] , [ 0,4

f est dérivable sur 1

] , [ 0,4

.

Dérivabilité de f à gauche en -1

4:

2 2

1 1 1

4 4 4

1 1 1( ) ( ) 4 2 1 4 2

4 2 2lim lim lim1 1 1

4 4 4x x x

f x f x x x x x x

x x x

1 1

4 4

1 1

4 4

1 1 14 ( ) 2( ) 4 ( )

4 4 4lim lim 21 1

4 4

14 ( )

44lim 2 lim 21 1 1

4 ( ) 4 ( )4 4 4

x x

x x

x x x x x

x x

x xx

x x x x x

f n’est pas dérivable à gauche en 1

4 .

Dérivabilité de à droite en 0:

2

0 0 0 0

14 2

( ) (0) 4 2 1 1 1lim lim lim lim 4 2x x x x

x xf x f x x x x

x x x x

f n’est pas dérivable à droite en 0 .

Conclusion : f est dérivable sur 1

, 0,4

.

Pour x de 1

, 0,4

2

8 1'( ) 2

2 4.

xf x

x x

.

2) a) Pour x de IR+

f’(x) >0 .

f est strictement croissante et continue sur

IR+ donc f réalise une bijection de IR+ sur

J=f<[0,+ [>=[1,+ [.

x 0

f’(x) +

f

1


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b) f est continue sur [0,+ [ donc f-1

est continue sur [1,+ [ .


sur ]1,+ [:

f est dérivable et f' non nulle sur ]0,+ [ f-1

est dérivable sur ]1,+

[

Dérivabilité de f-1

à droite en 1: 1 1

1 1

1

0 0

( ) (1)lim ( ) ( ); (0) 1 0 (1)

1

0 1lim lim 0

( ) (0)( ) (0)

x

x x

f x fsoit f x y x f y f f

x

y

f y ff y f

y

f-1

est dérivable à droite en 1.

En conclusion f-1

est dérivable sur [1,+ [

Pour tout x[1,+ [; 2

1

2

2 4( ) '( )

8 4 4 1

x xf x

x x x

.

3/ pour tout x [1,+ [ et y[0,+ [; y=f-1

(x) f(y)=x.


2

22

2 2 2

2

2

( ) 4 2 1

4 (2 1) ; (2 1)

4 4 1 4 4 2 ; (2 1)

( 3 4 ) 1 2 ; (2 1)

( 1); (2 1)

4 3

f y x y y y x

y y x y x y

y y x y y xy x x y

y x x x x y

xy x y

x

Donc pour tout x de [1,+ [ 2

1 ( 1)( )

4 3

xf x

x

4/ f est une bijection de [0,+ [ sur [1,+ [ et 2[1,+ [ donc admet un

unique antécédent par f dans [0,+ [

f(x)=2 admet une unique solution dans [0,+ [.

De plus ( f(0)-2).(f(1

2)-2) <0 ]0,

1

2[.

Exercice 4:

1/ a) la fonction cosx xest dérivable sur IR donc sur 0,2

.


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0 0 0 0

0 0

2

11

( ) (0) 1 cos 1 coscoslim lim lim lim . 0 cos cos

1 cos 1car lim 0 lim

cos 2

x x x x

x x

f x f x x xx

x x x x x x

x xet

x x

Donc f est dérivable à droite en 0

En conclusion f est dérivable sur 0,2

b) Pour tout x 0,2

; 2

sin'( )

cos

xf x

x 0

2) f est continue et strictement croissante sur

0,2

et f( 0,2

)=[1,+ [ donc f réalise une

bijection de 0,2

sur f( 0,2

)=[1,+ [ .

3) ' (0) 0df donc f admet au point d'abscisse 0 une demie tangente

horizontale

f -1 admet au point d'abscisse 1 une demie tangente verticale

f -1

n’est pas dérivable à droite1.

4) f est dérivable et f' non nulle sur 0,2

f -1

est dérivable sur ]1,+

[

pour tout x]1,+ [;

1 1

1

1 1 cos ² 1( ) '( ) ( ) ( )

'( ( )) '( ) sin cos

11 ² 1² cos sin

² 1

1

² 1

yf x f x y x f y

f f x f y y y

xx y yx xx

x

x x

. Exercice 5:

1/ a) Df=]1,2]

b) f(2)=0; 1

lim ( )x

f x

2/ f admet au point d'abscisse 2 une demie tangente verticale

f n'est pas dérivable à gauche en 2

x 0

2

f’(x) 0 +

f

1


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3/

4/ a) f continue strictement décroissante sur ]1,2] donc réalise une

bijection de ]1,2] sur f<]1,2]>=[0,+ [.

b) f admet au point d'abscisse 2 une demie tangente verticale donc f

-1 admet au point d'abscisse 0 une demie tangente horizontale par suite f -

1 esr dérivable à droite en 0 et (f

-1)'(0)=0.

c)

f

f -1

Exercice 6:

1/ Df={xIR; x²+2x 0}=]- ,-2] [2,+ [.

2/ x x²+2x est dérivable, strictement positive sur ]- ,-2[ ]2,+ [

² 2x x x est dérivable sur IR

f est dérivable sur IR .

3/

x 1 2

+

f

0


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0 0

0

0

( ) (0) ² 2lim lim

2| | 1

1 lim

21 lim 1

x x

x

x

f x f x x x

x x

xx

x

x

f n'est pas dérivable à droite en 0 et f admet que point d'abscisse

0 une demie tangente verticale dirigée vers le haut.

4/ pour tout x]0,+ [; f '(x)=1

1² 2

x

x x

>0

5/ a) f continue, strictement croissante sur [0,+ [ donc réalise une

bijection de [0,+ [ sur f<[0,+ [>=[0,+ [.

b) pour tout x [0,+ [ et y[0,+ [; f -1

(x)=y x=f(y).

résolvons l'équation f(y)=x d'inconnue y:

( ) ² 2

² 2 ( )² ; 0

(2 2 ) ² ; 0

²

2 2

f y x y y y x

y y x y x y

y x x x y

xy

x

pour tout x[0,+ [; f -1

(x)=²

2 2

x

x.

Exercice 7:

1/ f(x)=gou(x) avec g(x)=tgx et u(x)=2

x.

u est dérivable sur ]- , [ et u'(x)=1

2.

g est dérivable sur u<]- , [>= ] , [2 2

et g'(x)=1+tg²(x).

f = gou est dérivable sur ]- , [ et f '(x)=u'(x)g'(u(x)).

Pour tout x]- , [; f '(x)=1

[1 ²( )]2 2

xtg >0

2/

x 0 +

f' +

+

f

0

x -

f' +

+

f -


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lim ( )

lim ( )

x

x

f x

f x

3/ f continue strictement croissante sur ]- , [ donc réalise une bijection

de ]- , [ sur f<]- , [=IR.

1

1

1

( ) 1 (1)2 2

1 1( ) '(1) 1

'( (1)) '( )2

f f

ff f f

4/ f dérivable et f ' non nulle sur ]- , [ donc f -1

est dérivable sur f<]-

, [>=IR.

Pour tout xIR;

1 1

1

1 1( ) '( ) ( ) ( )

'( ) 2'( ( ))

1

1(1 ²( ))

2 2

2

1 ²

yf x f x y x f y tg

f yf f x

ytg

x

Exercice 8:

I/ 1/ 1

lim ( ) lim 1 1 lim 01 1

| | 1 1² ²

1lim ( ) lim 1 1 lim 2

1 1| | 1 1

² ²

x x x

x x x

xg x

xx x

xg x

xx x

2/ x x²+1 dérivable, strictement positive sur IR

x ² 1x dérivable sur IR et non nulle

x 1

² 1x dérivable sur IR

f est dérivable sur IR comme étant somme et produit de fonctions

dérivables.

3/ xIR;

2² 1

12 ² 1'( )

² 1 ( ² 1) ² 1

xx x

xg x

x x x

>0


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4/ g continue strictement croissante sur IR donc réalise une bijection de

IR sur f<IR>=]-2,0[.

II/ 1/ lim ( )

² 1 ² 1lim ( ) 2 lim 2 lim 2

² 1 ² 1

x

x x x

f x

x xf x

x x x x

2/ xIR; '( ) 1 ( ) 0² 1

xf x g x

x

3/ f continue strictement décroissante sur IR donc réalise une bijection de

IR sur f<IR>=]2,+ [.

4/ f est une bijection de IR sur ]2,+ [ et 0]2,+ [ donc possède par f

un seul antécédent f(x)=4 admet dans IR une unique solution .

f(-2)-4= 5 et f(0)-4=-1 (f(-2)-4)(f(0)-4)<0 ; d'après le théorème des

valeurs intermédiaires ]-2,0[.

5/ f(0)=3 0=f -1

(3)

(f-1

)'(3)=1

1 11

'(0)'( (3)) ff f

6/ pour tout yIR; x]2,+ [; f -1

(x)=y x=f(y)


( ) 2 ² 1

² 1 ( 2 )² ; 2 0

2 ( 2) 1 ( 2)² ; 2 0

1 ( 2)²

2( 2)

f y x y y x

y x y x y

y x x x y

xy

x

Pour tout x]2,+ [; f -1

(x)=1 ( 2)²

2( 2)

x

x

Exercice 9:

x - +

g' +

0

g -2

x - +

f' -

+

f 2


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1/ Df={xIR; 4x²-1 0}=]- ,-1

2] [

1

2,+ [

2/ x 4x²-1 est dérivable, strictement positive sur ] 1

2,+ [

x 4 ² 1x est dérivable sur ] 1

2,+ [

et f '(x)=4

24 ² 1

x

x

3/

1 1

2 2

1

2

1( ) ( )

4 ² 12lim 2 lim1 1

( ) 4 ² 12 2

14( )

22 lim4 ² 1

x x

x

f x fx

x x x

x

x

II/ 1/ x cosx dérivable et non nulle sur ]0,2

[ h est dérivable sur

]0, 2

[.

2/ x[0, 2

[; h'(x)=

1 sin

2 cos ²

x

x>0

h continue, strictement

croissante sur ]0, 2

[

h<]0, 2

[>=]

1

2,+ [

3/ h dérivable sur ]0, 2

[ et f dérivable sur h<]0,

2

[> g=foh est

dérivable sur ]0, 2

[.

4/ x]0, 2

[; g'(x)=h'(x)f '(g(x))

x 0 2

h' +

+

h

1

2


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14

1 sin 2cos'( ) (2 )2 cos ² 1

4 14cos ²

2

1 sin cos(2 )2 cos ² 1 cos ²

cos ²

2

1 sin cos(2 )2 cos ² sin ²

cos ²

1 sin 2(2 )

2 cos ² sin

1 sin

cos ²

x xg xx

x

x x

x x

x

x x

x x

x

x

x x

x

x

6/ g continue strictement croissante sur [0, 2

[ donc réalise une bijection

de [0, 2

[ sur g<[0,

2

[>=[g(0),

2

lim ( )

x

g x

[

2

lim ( )

x

g x

en effet

2

lim ( ) lim ( )x

x

h x et f x

Exercice 10:

1/ Df=IR\{1,-1}; f continue dérivable sur Df.

f '(x)=4 x ( 1 x²) ( 2 x )( 2 x ² 1 ) 2 x

( 1 x ²)² ( 1 x ²)²

.

Pour tout x]1,+∞[; f '(x) >0 et f est strictement croissante.

f continue, strictement croissante sur ]1,+∞[ donc réalise une

bijection

de ]-1,+∞[ sur J=f<]-1,+∞[>=]xx 1

lim f ( x ), lim f ( x )[ ] , 2 [

.

2/ pour tout x]-∞,-2[ et y]1,+∞[; x=f(y) f -1

(x)=y.

Résolvons l'équation x= 2 y ² 1

1 y ²

d'inconnue y.

(1-y²)x=2y²-1 (2+x)y²= x-1 ( est une équation de second degré en

y).

y'=x 1 x 1

; y '2 x 2 x

mais y >0


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d'ou f -1

(x)=x 1

x 2

; xJ.

3/ a) pour tout x]0,2

[; g'(x)=

cos x

sin² x

< 0.

g continue, strictement décroissante sur ]0, 2

[ donc réalise une

bijection

de ]0, 2

[ sur I=g<]0,

2

[>=]

x 0x

2

lim g( x ), lim g( x )[

=]1,+∞[.

b) g est dérivable sur ]0, 2

[ et g' non nulle sur ]0,

2

[ d'ou g

-1 est

dérivable

sur I.

g -1

(2)=x , x]0, 2

[ 2=g(x) sinx=

1

2 x=

6

Donc g -1

(2)= 6

.

(g -1

)'(2)=1

1 12 3

g '( ( 2 )) g '( )6

g

Exercice 11:

1/

x x

x

x

x ² x ²1

4 4lim f ( x ) limx x ²

12 4

1lim

x x 41

2 2 x ²

1lim 0

x x 41

2 2 x ²

2/ Df={xIR; 1

4x²-1≥0}=]-∞,-2] [2,+∞[.


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xx

2 est continue sur Df

1x x² 1

4 continue et positive sur Df

1x x ² 1

4 continue sur

Df.

D'ou f est continue sur Df comme étant la somme de fonctions continues.

3/ a)

x x2 2

x 2

x 2

x 2

x 1x ² 1 1

f ( x ) f ( 2 ) 2 4lim lim

x 2 x 2

1x ² 1

1 4lim

2 x 2

( x 2 )( x 2 )1 4lim2 1

( x 2 ) x ² 14

1 x 2lim

2 14 x ² 1

4

donc f n'est pas dérivable à gauche en -2.

f admet au point d'abscisse -2 une demi tangente verticale.

b) x

x2

est dérivable sur ]-∞,-2[

1x x² 1

4 dérivable et strictement positive sur ]-∞,-2[

1

x x ² 14

dérivable sur ]-∞,-2[

D'ou f est dérivable sur ]-∞,-2[comme étant la somme de fonctions

dérivables.

c) x]-∞,-2[;

1 11x² 1 x2 x

1 14 24f '( x )2 1 1 1 1 1

2 x² 1 2 x ² 1 2 x ² 1 ( x ² 1 x )4 4 4 4 2

1 1

1 1x² 1 2 x ² 1 x

4 4


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d) x]-∞,-2[ -x ≥ 0 21

x ² 14

- x ≥ 0 f'(x) ≤ 0

4/ f continue strictement décroissante sur ]-∞,-2[ donc réalise une

bijection

de ]-∞,-2[ surJ= f<]-∞,-2[>=[-1,0[.

5/ a) f(-2)=-1 -2=f -1

(-1)

1 1

1

x x1 2

x 2

( x ) ( 1 ) y ( 2 )lim lim ; f ( y ) x y ( x )

x 1 f ( y ) f ( 2 )

1lim 0

f ( y ) f ( 2 )

y ( 2 )

f ff

d'ou f -1

est dérivable à droite en -1.

Par suite f -1 admet au point d'abscisse -1 une demie tangente

horizontale

b) f est dérivable sur ]-∞,-2[ et f ' non nulle sur ]-∞,-2[

f -1

est dérivable sur ]-1,0[

et comme f -1

est dérivable à droite en -1 alors f -1

est dérivable sur [-1,0[.

c) pour tout y]-∞,-2] et x[-1,0[; f(y)=x y=f -1

(x)

Résolvons l'équation f(y)=x d'inconnue y.

f(y)=x x=1 1

y y ² 12 4

x-1 1

y y ² 12 4

1 1 1

( x y )² y² 1 ; x y 02 4 2

x²+1=xy ; x-1

2y ≥0

x -∞ -2

f ' -

0

f

-1


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x² 1

yx

; x-

1

2y≥0

d'ou f -1

(x)= x² 1

x

; xJ.

Exercice 12:

1/ x]3,+∞[; f '(x)=1

2 x 3

<0

2/ f continue, strictement croissante

sur [3,+∞[ donc réalise une bijection

de [3,+∞[ sur J= f<[3,+∞[=]-∞,2]

3/ a) x[3,+∞[; x= f -1

(0) f(x)=0 x 3 2 x 7 .

D'ou f -1

(0)=7.

b) f est dérivable en 7 et f'(7)0 d'ou f -1

est dérivable en 0

et (f -1

)'(0)=1

1 14

f '(7 )f '( ( 0 ))f

.

4/ f est continue sur [3,+∞[ donc f -1

est continue sur ]-∞,2].

F est dérivable sur ]3,+∞[ et f ' non nulle sur ]3,+∞[ donc f -1

est

dérivable sur ]2,+∞[.

5/ pour tout x]-∞,2] et y[3,+∞[; f(y)=x y= f -1

(x)

Résolvons l'équation f(y)=x d'inconnue y.

f ( y ) x 2 y 3 x

2 x y 3

( 2 x )² y 3 ; 2 x 0

y ( 2 x )² 3 ; 2 x 0

D'ou f -1

(x)=(2-x)²+3 ; x]-∞,2]

Exercice 13:

1/ Df=[-1,+∞[

2/ a)

x 3 +∞

f' -

2

f

-∞


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x x1 1

x 1

x 1

f ( x ) f ( 1 ) x 1 x 1lim lim

x 1 x 1

x 1lim 1

x 1

1lim 1

x 1

D'ou f n'est pas dérivable à droite en -1

f admet au point d'abscisse -1 une demie tangente verticale.

b) x x+1 est dérivable et strictement positive sur ]-1,+∞[

Donc x x 1 est dérivable sur ]-1,+∞[

Par suite f est dérivable sur ]-1,+∞[ comme étant la somme de deux

fonctions dérivables.

c) pour tout x]-1,+∞[; f '(x)=1+1

2 x 1 >0

3/ T: y=f '(0)(x-0)+f(0)

T:y=3

2x+2

4/ soit g(x)=f(x)+x

g continue sur ]-1,0[ et g(-1).g(0)<0

donc g(x)=0, par suite f(x)= -x admet au

moins une solution dans ]-1,0[.

5/ a) f continue strictement croissante sur [1,+∞[ donc réalise une

bijection

de [-1,+∞[ sur f<[-1,+∞[>=IR+.

b) dérivabilité de f -1

à droite en 0:

f admet au point d'abscisse 0 une demie tangente verticale donc f -1

admet au point d'abscisse 0 une demie tangente horizontale et par suite f -

1 est dérivable à droite en 0.


sur ]0,+∞[:

f est dérivable sur ]-1,+∞[ et f ' non nulle sur ]-1,+∞[ donc f -1

est

dérivable sur ]0,+∞[.

c) f(0)=2 0=f -1

(2)

(f -1

)'(2)=1

1 1 2

f '( 0 ) 3f '( ( 2 ))f

d) pour tout x[0,+∞[ et y[-1,+∞[; x=f(y) f -1

(x)=y

Résolvons l'équation x=f(y):

x -1 +∞

f' +

+∞

f

0


4 ème Sc Solutions

2010-2011


f ( y ) x x 1 y y 1

( x 1 y )² y 1 ; x 1 y 0

y ² y ( 1 2 x ) x ² 2 x 0 ; x 1 y 0

= (1-2x)²-4(x²-2x)=4x+1>0

2 x 1 1 4 x 2 x 1 1 4 xy ou y

2 2

comme f -1

(2)=0

alors f -1

(x)= 2 x 1 1 4 x

2

; x[0,+∞[

Exercice 14:

1/ xIR; f'(x)= -1+x

x ² 3

pour tout xIR, x < x ² 3 x

1 f '( x ) 0x² 3

x

x x

x

lim f ( x )

x ² 3 x ²lim f ( x ) lim 1

x² 3 x

3lim 1 1

x² 3 x

2/ f continue strictement décroissante sur IR donc réalise une bijection de

IR

sur J= f<IR>=]1,+∞[.

3/ a) f(1)=2

b) f -1

est dérivable en 2 car f est dérivable en 1 et f'(1)0

et (f -1

)'(2)=1

1 12

f '( 1 )f '( ( 2 ))f

.

4/ a) pour tout yIR et x]1,+∞[: f(y)=x y= f -1

(x).

résolvons l'équation f(y)=x d'inconnue y:

x -∞ +∞

f' -

+∞

f

1


4 ème Sc Solutions

2010-2011


f ( y ) x 1 y y² 3 x

y² 3 x 1 y

y² 3 ( x 1 y )² ; x 1 y 0

2 y ( x 1 ) 3 ( x 1 )² ; x 1 y 0

3 ( x 1 )²y ; x 1 y 0

2( x 1 )

d'ou f -1

(x)=3 ( x 1 )²

2( x 1 )

; xJ.

b) soit g(x)=f -1

(x)-x ; xJ

g'(x)=(f -1

)'(x)-1 ≤0

g continue strictement décroissante sur J donc réalise une bijection de J

sur g<J>=IR; comme 0IR alors il possède un unique antécédent par g

par suite g(x)=0 d'ou f-1

(x)=x possède une seul solution dans J

et g(2) . x 1

lim g ( x )

<0 alors ]1,2[

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