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Extrémum et tangente horizontale
Le cours écrit
4.1 Extrémum local
Définitions. Soit une fonction définie sur un intervalle , et un nombre de .
- admet un maximum local en s'il existe un intervalle ouvert contenant , inclus dans , sur lequel est la plus grande valeur de .
- admet un minimum local en s'il existe un intervalle ouvert contenant , inclus dans , sur lequel est la plus petite valeur de .
Un maximum ou un minimum s'appelle un extrémum. « Local » veut dire : autour de , pas forcément partout.
Exemple 18. Pour sur , est un maximum local, puisque pour assez proche de . Mais : sur , n'est pas la plus grande valeur de .
4.2 Nombre dérivé en un extrémum
Propriété. Soit une fonction dérivable sur un intervalle ouvert , et un nombre de . Si admet un extrémum local en , alors : la tangente au point d'abscisse est horizontale.
Pourquoi. Prenons un maximum local en . Un peu à gauche de , et : le taux de variation entre et est positif ou nul. Un peu à droite, il est négatif ou nul. Or tous ces taux se rapprochent du même nombre, . Ce nombre est à la fois positif ou nul, et négatif ou nul : il vaut .
4.3 La réciproque est fausse
La fonction cube fournit le contre-exemple. Pour , on a : la tangente à l'origine est horizontale. Mais est strictement croissante sur (exemple 8) : elle n'a pas d'extrémum en . La courbe traverse sa tangente.
Avec le vocabulaire de la logique :
- « extrémum local en » implique « » : c'est vrai. La condition est nécessaire ;
- « » n'implique pas « extrémum local en » : la réciproque est fausse. La condition n'est pas suffisante.
4.4 Une condition suffisante
Propriété. Soit dérivable sur un intervalle ouvert , et un nombre de . Si s'annule en en changeant de signe, alors admet un extrémum local en :
- si passe de à , c'est un maximum local ;
- si passe de à , c'est un minimum local.
Si s'annule en sans changer de signe, il n'y a pas d'extrémum en : continue dans le même sens.
Exemple 19. Soit sur . Alors
La fonction admet un minimum local égal à , en et en , et un maximum local égal à , en . Elle est paire (leçon 1), et le tableau le confirme.
Exemple 20. Soit sur . Alors . La dérivée s'annule en sans changer de signe : est strictement croissante, et elle n'a pas d'extrémum en .
4.5 Deux cas à part
À la borne d'un intervalle. Sur , la fonction a un minimum en , alors que . C'est pourquoi la propriété demande un intervalle ouvert.
Là où la fonction n'est pas dérivable. La fonction valeur absolue a un minimum en , mais pas de nombre dérivé en (chapitre 6). La courbe y a une pointe, et non une tangente horizontale.
Exercices 7 et 8
- Exercice 7 : nécessaire, pas suffisante
- Exercice 8 : un cerf-volant
Corrigés
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