variations sans dérivée

Bonjour
Une vérification.
Il n'est pas possible d'accéder aux variations, sans dérivée, de fonctions telles que :

$f(x)=\dfrac{x}{x-a}\ $ ou $\ g(x)=\dfrac{x}{x^2+a}.$

Ou bien quelqu'un a une méthode astucieuse (ce qui m'étonnerait...) ?
Cordialement.

Réponses

  • Pour la première, c'est immédiat en écrivant
    \[\frac{x-a+a}{x-a}=1+\frac{a}{x-a}.\]
    Pour la deuxième, je vais supposer que $a>0$, factoriser $a$ et faire en sorte que $\frac{x}{\sqrt{a}}=\tan\frac{\theta}{2}$ en posant $\theta=2\arctan\frac{x}{\sqrt a}$ :
    \[\frac{x}{x^2+a}=\frac{1}{2\sqrt{a}}\times\frac{2\frac{x}{\sqrt{a}}}{1+\bigl(\frac{x}{\sqrt{a}}\bigr)^2}=\frac{1}{2\sqrt{a}}\times\frac{2\tan\frac{\theta}{2}}{1+\tan^2\frac{\theta}{2}}=\frac{1}{2\sqrt{a}}\sin\theta,\]et les variations s'en déduisent : lorsque $x$ décrit $\R$, $\frac{\theta}{2}$ décrit $\left]-\frac\pi2,\frac\pi2\right[$ et $\theta$ décrit $\left]-\pi,\pi\right[$ donc la fonction est croissante pour $\theta\in\left[-\frac\pi2,\frac\pi2\right]$, c'est-à-dire pour $x\in[-\sqrt{a},\sqrt{a}]$, et décroissante sur les autres intervalles.
  • Bonjour.

    Pour la première, avec la réécriture $f(x)=1+\frac{a}{x-a}$, on peut se contenter de la définition.
    Pour la deuxième, je ne vois rien de simple, d'autant que les variations sont très différentes suivant que a est strictement négatif, nul ou strictement positif. Mais on utilisait autrefois, en seconde et début de première, la méthode suivante (que je donne ici sur un exemple, avec $g(x)=\frac x {x^2+1}$)
    g étant impaire, on étudie seulement sur $\mathbb R^+$. Soient a et b deux réels, avec $0\le a<b$ :
    $g(b)-g(a) = \frac{b(a^2+1)-a(b^2+1)}{(a^2+1)(b^2+1)}= \frac{ba^2-ab^2+b-a))}{(a^2+1)(b^2+1)}= \frac{(b-a)(1-ab)}{(a^2+1)(b^2+1)}$
    Trouver le sens de variation de g revient à trouver le signe de $g(b)-g(a)$, donc ici de $1-ab$ (les autres facteurs sont positifs). Lorsque a et b sont égaux (*), ça devient le signe de 1-a² qui dépend de la position de a par rapport à 1 (et -1). Donc on prend deux cas :
    * si $a<b\le 1$ alors ab<1, et on a prouvé que $0\le a<b\le 1 \Rightarrow g(b)-g(a)>0$ donc g est croissante sur [0,1]
    * Si $1\le a<b$ alors ...(je te laisse le faire)

    Cordialement.

    (*) oui, d'accord, a est différent de b par hypothèse, mais ça ne sert qu'à trouver l'intervalle, le raisonnement qui suit est impeccable. Et ça prépare la dérivée !!
  • Joli, Mathcoss.
  • Serviteur, Monsieur ! (Cette formule sert juste à prendre congé...)

    Merci Gérard. En réponse au message suivant : ce n'est sans doute pas une méthode pour faire en seconde mais c'est une méthode astucieuse.
  • Mais en seconde, même à mon époque ancienne (1965), personne n'aurait compris ce que tu dis (trop peu de connaissances en trigo). A ta décharge, une partie de ma classe était en grande difficulté sur la méthode algébrique, ceux qui ont choisi "terminale philo" sans avoir le choix.

    Cordialement.
  • Merci pour vos réponses mais j'ai foiré la première qui est élémentaire.... n'est pas ce que je voulais écrire la voici :

    $f(x)=\dfrac{x-a}{x^2}$ .

    Merci à Mathcoss , très élégant!!!!

    Gérard, j'avais suivi cette méthode que j'ai apprise également en seconde (au début des années 90) mais j'ai abandonné un peu tôt sur le signe de g(a)-g(b)...merci pour cette conclusion.
  • En 1968 on faisait calculer en Seconde le taux d'accroissement entre deux points d'un même intervalle du domaine de définition. C'est en gros , la méthode gérard0:

    $$\frac {f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1}=\frac 1{x_2+x_1}$$

    Si $x_1$ et $x_2$ sont tous deux positifs le taux est positif, donc $f$ est croissante sur $\mathbb R^+$
    Si $x_1$ et $x_2$ sont tous deux négatifs, le taux est négatif donc $f$ est décroissante sur $\mathbb R^-$

    [C'est faux]
    Ces discussions préparaient bien à l'utilisation du signe de la dérivée (limite du taux d'accroissement) l'année suivante.

    Je corrige :
    $$\frac {f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1}=\frac {x_1^2x_2-x_1x_2^2-a(x_1^2-x_2^2)}{(x_2-x_1)x_1^2x_2^2}=\frac{-1}{x1^2x_2^2}(x_1x_2-a(x_1+x_2)) $$
    Et là, il faut déjà poser mentalement $x_1=x_2$ pour découper $\mathbb R$ en intervalles de façon convenable.
  • Merci Jacquot, cette méthode est toujours d'actualité ....
    Toutefois elle ne permet pas d'aboutir pour $f(x)=\dfrac{x-a}{x^2}$
  • Mais si, cette méthode marche bien. Si $a>0$, on découpe en $]-\infty,0[, ]0,2a]$ et $[2a,+\infty[$.

    Si tu n'arrives pas à faire le calcul, commence, on t'aidera à factoriser.

    Cordialement.
  • Ok Gérard, j'abandonne trop rapidement les calculs...

    Notons $f(x)=\dfrac{x-\alpha}{x^2}$ on a alors pour $a<b$ , $f(b)-f(a)=\dfrac{(b-a)[\alpha(a+b)-ab]}{a^2b^2}$.

    Donc $f(b)-f(a)$ est du signe de $\alpha(a+b)-ab$.

    Si $a=b$ on obtient $a=2\alpha$.

    Étude sur $]0;2\alpha[$ :

    $0<a<b<2\alpha$ alors $0<\alpha(a+b)<4\alpha^2$ et $0>-ab>-4\alpha^2$ et....je ne vois rien à exploiter....
  • $\alpha(a+b)-ab>\alpha(a+a)-ab = a(2\alpha-b)\ge 0$

    Eh oui, il faut chercher un peu ...

    Cordialement.
  • Merci Gérard0,

    C'est lamentable , le niveau baisse , j'en suis malheureusement une preuve.....
  • Manque d'habitude ... Moi aussi d'ailleurs, j'ai cherché pendant presque 5 mn pour trouver ça !

    Cordialement.
  • Tu as raison , manque d'habitude et d'humilité également car je ne consacre pas suffisamment de temps et de concentration pour un "petit" exercice et finalement je ne le résous pas....

    Prof de maths, je déplore que nous ne fassions pas suffisamment de maths ... pour faire des maths ... Et combien de profs de maths ne se posent même plus la question d'en faire ?
    On est sollicité pour des tas de gadgets et on ne sait plus faire l'essentiel.
    Heureusement, ici, on peut un trouver un public à qui a des réponses ! Autour de moi, pas grand monde ne se pose de questions ... donc pour des réponses ...

    Cette méthode est-elle applicable à toute fraction rationnelle $\dfrac{P}{Q}$ avec $\deg(P)=1$ et $\deg(Q)=2$ ? Au vu de ton exemple, il me semble.
    Et d'autres ?
  • Cette méthode marche bien avec des fonctions homographiques, avec des fractions rationnelles simples, mais il ne faut pas rêver. Déjà avec les dérivées, on tombe sur des polynômes dont on ne sait pas trouver le signe, alors avec cette méthode moins efficace ...
    Déjà, pour les fonctions rationnelles dont tu parles, ce n'est pas élémentaire dans le cas général.

    Cordialement.
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