La fonction cube

Exercices

Exercice 1 : Tangente et position relative

On considère la fonction $f$ définie sur $\mathbb{R}$ par $f(x) = x^3$ et $\mathcal{C}_f$ sa courbe représentative.

Soit $a$ un réel non nul et $A$ le point de $\mathcal{C}_f$ d'abscisse $a$.

  1. Déterminer l'équation de la tangente $T_a$ à $\mathcal{C}_f$ au point $A$.
  2. Montrer que pour tout réel $x$, on a : $x^3 - (3a^2x - 2a^3) = (x-a)^2(x+2a)$.
  3. En déduire la position relative de la courbe $\mathcal{C}_f$ par rapport à sa tangente $T_a$.
  4. La tangente traverse-t-elle la courbe ? Si oui, en quel point ?

Exercice 2 : Optimisation en Économie (Coût Marginal)

Une entreprise produit une quantité $q$ de composants électroniques (exprimée en milliers d'unités), avec $q \in [0 ; 12]$.

Le coût total de production, en milliers d'euros, est modélisé par la fonction $C$ définie par :

$C(q) = q^3 - 12q^2 + 60q + 10$

Le coût marginal de production correspond approximativement au coût de la dernière unité produite, et s'obtient mathématiquement en calculant la dérivée du coût total : $C_m(q) = C'(q)$.

  1. Exprimer le coût marginal $C_m(q)$ en fonction de $q$.
  2. Pour trouver le minimum de ce coût marginal, étudier les variations de la fonction $C_m$ sur $[0 ; 12]$.
  3. Quelle quantité $q$ l'entreprise doit-elle produire pour que son coût marginal soit minimal ?
  4. Quel est ce coût marginal minimal (en milliers d'euros) ?

Exercice 3 : Optimisation en Géométrie (Volume d'une boîte)

Un designer souhaite fabriquer une boîte sans couvercle à base carrée de côté $x$ (en cm) et de hauteur $h$ (en cm).

La surface totale de matériau disponible pour fabriquer cette boîte est fixée à $300 \text{ cm}^2$.

  1. Exprimer la surface totale $S$ en fonction de $x$ et $h$. En déduire $h$ en fonction de $x$.
  2. Montrer que le volume $V(x)$ de la boîte s'exprime par : $V(x) = 75x - \dfrac{1}{4}x^3$ sur l'intervalle $]0 ; \sqrt{300}[$.
  3. Calculer la dérivée $V'(x)$ et étudier son signe.
  4. Quelles doivent être les dimensions exactes de la boîte (côté $x$ et hauteur $h$) pour que son volume soit maximal ?
  5. Quel est ce volume maximal ?