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On considère la fonction
\[f: x \mapsto \dfrac{\mathrm e^x}{x+1},\]
définie et dérivable sur $]-1;+\infty[$.
a.
Donner le tableau de signes de $f$.
Corrigé
Pour tout réel $x$, $\mathrm e^x$ est strictement positif; sachant
que $x$ est supérieur à $-1$, $x+1$ est lui aussi strictement positif.
Le produit de ces deux facteurs est donc strictement positif.
\[\begin{array}{|l|lcr|} \hline
x &-1&\qquad\qquad&+\infty \\ \hline
f(x) &&+& \\ \hline
\end{array}\]
b.
Déterminer le tableau de variations de $f$ après avoir
calculé sa dérivée.
Corrigé
$f=\frac u v$ où $u$ et $v$ sont définies sur $]-1;+\infty[$ par
\[u(x) = \mathrm e^x \quad\text{et}\quad v(x) = x + 1.\]
$u$ est dérivable sur $]-1;+\infty[$ et $v$ est dérivable et non nulle sur $]-1;+\infty[$.
Donc $f$ est aussi dérivable sur $]-1;+\infty[$ avec
\[f' = \frac{u'v - uv'}{v^2}.\]
Sachant que
\[u'(x) = \mathrm e^x \quad\text{et}\quad v'(x) = 1,\]
pour tout réel $x\ge -1$:
\[\begin{aligned}
f'(x)
&= \frac{\mathrm e^x\cdot(x+1) - \mathrm e^x \cdot 1}{(x+1)^2}&
\\
&=\frac{x\mathrm e^x + \mathrm e^x - \mathrm e^x}{(x+1)^2}&
\\
&=\frac{x\mathrm e^x}{(x+1)^2}.&
\end{aligned}\]
Les facteurs $\mathrm e^x$ et $(x+1)^2$ étant strictement positifs,
$f'(x)$ est du même signe que $x$. D'où le tableau de variation suivant
(les éléments en rouge ne sont exigibles qu'en terminale).
Avec :
\[f(0) = \frac{\mathrm e^0}{0+1} = \frac 1 1 = 1.\]
(Terminale seulement.)
\[\lim_{\substack{x\to-1\\x\ge-1}} x + 1 = 0^+\]
et
\[\lim_{x\to-1}\mathrm e^x = \mathrm e^{-1}\quad\text{avec}\quad \mathrm e^{-1}>0.\]
Donc
\[\lim_{\substack{x\to-1\\x\ge-1}} \frac{\mathrm e^{x}}{x-1} = +\infty.\]
D'autre part, pour $x\neq 0$:
\[\frac{\mathrm e^x}{x+1}
= \frac{x\left(\frac{\mathrm e^x}x \right)}{x\left(1+\frac 1 x \right)}
=\frac{\frac{\mathrm e^x}x}{1+\frac 1 x}.\]
Nous savons (cours sur les croissances comparées) que
\[\lim_{x\to+\infty} \frac{\mathrm e^x} x = +\infty\]
et que
\[\lim_{x\to+\infty} \frac 1 x = 0 \implies \lim_{x\to+\infty} 1+\frac 1 x = 1.\]
Donc:
\[\lim_{x\to+\infty} \frac{\frac{\mathrm e^x}x}{1+\frac 1 x} = +\infty.\]
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