Partie A :
a) Sens de variations :
Il suffit de calculer la dérivée de f, et d'en étudier le signe. Tous calculs faits, la dérivée est :
f'(x) = 4 (ln(x) - 1) / (ln(x)²)
Tu en déduis facilement que f est croissante sur ]1, e] et décroissante sur [e, 2e²].
b) Limite de f en 1 :
Le numérateur admet une limite finie. Donc, f a pour limite + Inf. en 1.
c) Tableau de variations : Je te laisse faire...
Partie B :
1) Equation de T :
Déterminons les coordonnées de C. Un simple calcul te donne : C(e², f(e²)) = C(e², e(2e-3)).
T est une droite. Elle a donc pour équation générale y=ax+b, où a est le coefficient directeur de la droite au point C. Il s'agit aussi de la dérivée au point d'abscisse e². Tu peux donc écrire une première équation de T (en remplaçant le coefficient a par l'expression de la dérivée trouvée en A,a) :
y = 4x (ln(e²) - 1)/(ln(e²)²) + b = x + b
On peut maintenant déterminer le coefficient b sachant que le point C appartient à la droite T :
e(2e - 3) = e² + b soit b = e(e-3)
Et donc, on a trouvé l'équation de T :
y = x + e² - 3e
Position relative de C et T :
a) Simple calcul : g(e²) = 0
b) Encore du calcul ! Le résultat te donne :
g'(x) = f'(x) - 1 = ( - ln(x)² + 4 ln(x) - 4 )/(ln(x)²)
c) Pour factoriser X² - 4X + 4, tu fais une étude de trinôme. Le discriminant D est :
D = (-4)² - 4*1*4 = 0
Ce trinôme n'admet donc qu'une unique racine :
R = -(-4) / 2 = 2
On factorise donc, ce qui nous donne :
X² - 4X + 4 = (X - 2)²
Remarque :
On aurait aussi pu tout de suite remarquer l'égalité remarquable (a-b)² = a² - 2ab + b².
Cela s'écrit encore, en donnant à X la valeur ln(x) :
-ln(x)² + 4 ln(x) - 4 = (ln(x) - 2)²
Par conséquent, le numérateur de la fonction g' est toujours positif (ou nul). Il n'est nul que pour x vérifiant ln(x) = 2, soit pour x = e² (conclusion en accord avec la question précédente).
Comme le dénominateur de g' est aussi positif (car élevé au carré), tu en déduis que g' est positive sur ]1, 2e²]. D'où la croissance de g sur ce même intervalle.
d) Je te laisse faire. Ensuite, le signe viendra tout seul en regardant le tableau de variations.
e) Il suffit de considérer les inéquations g(x) < 0 et g(x) > 0. En effet, pour la première, par exemple, g(x) < 0 équivaut à f(x) < x + e² - 3e ou encore à ce que la courbe de f soit en dessous de la tangente T.