a. $\lim\limits_{x\to+\infty}\mathrm{e}^{-x} = 0$.
b. Forme $\infty - \infty$ : on factorise par $x^2$.
c. Encore $\infty - \infty$ ; on factorise par $\mathrm{e}^x$ et on utilise la croissance comparée $\lim\limits_{x\to+\infty} x\,\mathrm{e}^{-x} = 0$.
d. En $1^+$ : le numérateur tend vers $3$ et le dénominateur vers $0$ par valeurs positives.
La courbe admet une asymptote verticale d'équation $x = 1$ et une asymptote horizontale d'équation $y = 1$ en $+\infty$.
a. On utilise le tableau des primitives usuelles, terme à terme.
Pour $k$, on reconnaît la forme $u'\,\mathrm{e}^{u}$ avec $u(x) = x^2$, $u'(x) = 2x$ :
✔ Vérification express : $G'(x) = -\frac13\times(-3)\,\mathrm{e}^{-3x} = \mathrm{e}^{-3x} = g(x)$.
b. Les primitives de $f$ sont $x^4 - x^3 + 5x + C$ ; on détermine $C$ avec la condition.
Lors de la décharge d'un condensateur dans une résistance, la tension $u$ (en volts) à ses bornes vérifie, pour $t\geqslant 0$ en secondes :
a. Équation $y' = ay$ avec $a = -2$.
b. On utilise la condition initiale $u(0) = 12$ ; comme $\mathrm{e}^0 = 1$, $C = 12$.
c. On remplace $t$ par $1$.
d. $\lim\limits_{t\to+\infty} \mathrm{e}^{-2t} = 0$.
$\lim\limits_{t\to+\infty} u(t) = 0$ : le condensateur se décharge complètement. Au bout d'une seconde, il ne reste déjà que $\mathrm{e}^{-2}\approx 13{,}5\,\%$ de la tension initiale.
Une bille lâchée sans vitesse initiale dans de l'huile a une vitesse $v(t)$ (en m·s⁻¹) qui vérifie :
a. Une constante a une dérivée nulle : $0 = -2y + 9{,}8$, ou directement $-\dfrac ba$.
b. Solutions générales $v(t) = C\,\mathrm{e}^{-2t} + 4{,}9$, puis condition initiale.
c. On dérive : $v'(t) = 4{,}9\times 2\,\mathrm{e}^{-2t} = 9{,}8\,\mathrm{e}^{-2t} > 0$.
La vitesse est strictement croissante. Comme $\mathrm{e}^{-2t}\to 0$, $\lim\limits_{t\to+\infty} v(t) = 4{,}9$ m·s⁻¹ : c'est la vitesse limite.
d. On cherche $t$ tel que $v(t)\geqslant 0{,}95\times 4{,}9$, c'est-à-dire $1 - \mathrm{e}^{-2t}\geqslant 0{,}95$, soit $\mathrm{e}^{-2t}\leqslant 0{,}05$.
La vitesse dépasse 95 % de la vitesse limite à partir de $t\approx 1{,}5$ s. 💡 Au chapitre suivant, le logarithme donnera la valeur exacte $t = \dfrac{\ln 20}{2}$.
Un patient reçoit un médicament par perfusion continue. La quantité $Q(t)$ de médicament dans le sang (en mg), $t$ en heures, vérifie :
a. On lit l'équation comme un bilan « ce qui sort / ce qui entre ».
$-0{,}2\,Q(t)$ : l'organisme élimine en permanence 20 % par heure de la quantité présente. $4$ : la perfusion apporte 4 mg par heure.
b. Forme $y' = ay + b$ avec $a = -0{,}2$, $b = 4$ : solution particulière $-\dfrac ba = \dfrac{4}{0{,}2} = 20$.
c. On dérive deux fois.
$Q$ est croissante et concave : la quantité augmente, mais de moins en moins vite.
d. $\lim\limits_{t\to+\infty}\mathrm{e}^{-0{,}2t} = 0$ donc $\lim\limits_{t\to+\infty} Q(t) = 20$.
La quantité se stabilise à 20 mg : c'est l'équilibre où l'élimination ($0{,}2\times 20 = 4$ mg/h) compense exactement l'apport.
e. $Q(t)\geqslant 18 \iff 1 - \mathrm{e}^{-0{,}2t}\geqslant 0{,}9 \iff \mathrm{e}^{-0{,}2t}\leqslant 0{,}1$. On balaye à la calculatrice.
Le médicament est efficace à partir de 11,6 h environ. ✔ Cohérent : il faut s'approcher à 10 % du plateau, ce qui prend plusieurs « temps caractéristiques » $\frac{1}{0{,}2} = 5$ h.
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