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Les parties de cet exercice sont indépendantes et chacune d'entre elles peut être réalisée seul(e) ou en groupe. Les élèves mettent leurs résultats en commun pour résoudre le problème.
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Énoncé
Le but de cet exercice est de minimiser le coût de construction d'une autoroute reliant deux villes A et D.
La partie [AC] existe déjà, mais doit subir une rénovation
entre A et B qui coûte 2 millions d'euros par km pour être utilisable où B est un point de [AC]. Le tronçon
[BD], tout neuf, coûte 4 millions d'euros par km.
On note x la distance AB.
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Partie 1
Dans cette partie, on cherche à trouver l'expression du coût en fonction de x.1. Montrer que la longueur BD en kilomètre est égale à x2−10x+34.
2. Montrer que le coût du projet, exprimé en millions d'euros, est donné par la fonction CT
définie sur [0;5] par CT(x)=2x+4x2−10x+34.
3. Le chemin le plus court reliant A et D est le segment [AD] ; autrement dit, B et A sont confondus. Peut-on dire que le segment [AD] assure un coût minimal ? Si non, donner un chemin moins coûteux.
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Partie 2
Dans cette partie, on utilise la calculatrice afin de déterminer la valeur de x qui minimise le coût.
On admet dans cette partie que le coût du projet, exprimé en millions d'euros, est donné par la fonction CT définie sur [0;5] par :
CT(x)=2x+4x2−10x+34.1. À l'aide de la calculatrice et en choisissant convenablement le repère, tracer la courbe représentative de la fonction CT sur l'intervalle [0;5].
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2. Déterminer, avec les outils de la calculatrice, le minimum de la fonction CT. Pour quelle valeur
de x est-il atteint ?
3. Quel est alors le coût minimal ? Pour quelle longueur de AB est-il atteint ?
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Partie 3
Dans cette partie, on cherche à déterminer, en utilisant un logiciel de calcul formel, le minimum de la fonction CT.
On admet dans cette partie que le coût du
projet, exprimé en millions d'euros, est donné
par la fonction CT définie sur [0;5] par
CT(x)=2x+4x2−10x+34.
1. À l'aide d'un logiciel de calcul formel, vérifier que la dérivée de CT est donnée par CT′(x)=2×x2−10x+342x−10+x2−10x+34.
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2. On pose u(x)=x2−10x+34 et v(x)=10−2x.
Expliquer pourquoi CT′(x) a le même signe que
u(x)−v(x) sur [0;5].
3. Expliquer pourquoi u2(x)−v2(x) a le même
signe que u(x)−v(x) sur [0;5].
4. Vérifier que
u2(x)−v2(x)=−3(x+3−5)(x−3−5).
5. Dresser le tableau de variations de la fonction CT.
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Mise en commun
Déduire de ce qui précède la valeur de x pour
laquelle CT est minimale. Conclure.