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Rêves Vision
Terminale STI2D

Réglage optimal d'une machine d'atelier

Énoncé

Dans un atelier, le gain de productivité ff (en unités arbitraires) obtenu en réglant la vitesse xx d'une machine (en milliers de tours par minute, avec x>0x > 0) est modélisé par f(x)=50ln(x)2xf(x) = 50\ln(x) - 2x. On veut trouver le réglage xx qui rend ce gain maximal. a) Calculer la dérivée f(x)f'(x) et la mettre sous la forme d'une seule fraction. b) Étudier le signe de f(x)f'(x) sur ]0;+[]0\,;\,+\infty[ et en déduire les variations de ff. c) En déduire la vitesse xx qui maximise le gain et la valeur de ce gain maximal (on donne ln(25)3,22\ln(25) \approx 3{,}22).
Besoin d'un coup de pouce ?
  1. Pour dériver, rappelle-toi que la dérivée de 50ln(x)50\ln(x) est 50×1x=50x50 \times \dfrac{1}{x} = \dfrac{50}{x} et que la dérivée de 2x-2x est 2-2. Pour réunir en une fraction, mets tout sur le dénominateur commun xx.
  2. Sur ]0;+[]0\,;\,+\infty[ le dénominateur xx est toujours strictement positif : le signe de f(x)f'(x) est donc celui du numérateur 502x50 - 2x. Résous 502x=050 - 2x = 0, puis regarde de part et d'autre.
  3. La fonction ff croît tant que f(x)>0f'(x) > 0 puis décroît : elle atteint donc son maximum exactement à la valeur de xx qui annule ff'. Reporte ensuite cette valeur dans f(x)f(x) pour obtenir le gain maximal.

Mode élève : cherche d'abord par toi-même (les coups de pouce sont là pour t'aider), puis passe en vue « Corrigé » pour vérifier.

Voir le corrigé détaillé
  1. 1. a) Calculer la dérivée

    La fonction ff est dérivable sur ]0;+[]0\,;\,+\infty[. On dérive terme par terme : la dérivée de 50ln(x)50\ln(x) est 50×1x=50x50 \times \dfrac{1}{x} = \dfrac{50}{x}, et la dérivée de 2x-2x est 2-2. Donc f(x)=50x2f'(x) = \dfrac{50}{x} - 2.
  2. 2. a) Réunir en une seule fraction

    On réduit au même dénominateur xx : f(x)=50x2xx=502xxf'(x) = \dfrac{50}{x} - \dfrac{2x}{x} = \dfrac{50 - 2x}{x}.
  3. 3. b) Étudier le signe de la dérivée

    Sur ]0;+[]0\,;\,+\infty[, le dénominateur xx est strictement positif, donc le signe de f(x)f'(x) est celui du numérateur 502x50 - 2x. On résout 502x=050 - 2x = 0, soit 2x=502x = 50, donc x=25x = 25. D'après le signe d'une fonction affine de coefficient 2-2 (négatif), 502x50 - 2x est positif pour x<25x < 25 et négatif pour x>25x > 25.
  4. 4. b) En déduire les variations

    On en déduit : f(x)>0f'(x) > 0 sur ]0;25[]0\,;\,25[ donc ff est strictement croissante sur cet intervalle ; f(x)<0f'(x) < 0 sur ]25;+[]25\,;\,+\infty[ donc ff est strictement décroissante. La fonction ff admet donc un maximum en x=25x = 25.
  5. 5. c) Calculer le gain maximal

    Le gain maximal est atteint pour x=25x = 25, c'est-à-dire une vitesse de 2500025\,000 tours par minute. On calcule f(25)=50ln(25)2×25=50ln(25)50=50(ln(25)1)f(25) = 50\ln(25) - 2 \times 25 = 50\ln(25) - 50 = 50\big(\ln(25) - 1\big). On remplace ln(25)3,22\ln(25) \approx 3{,}22 : f(25)50×(3,221)=50×2,22=111f(25) \approx 50 \times (3{,}22 - 1) = 50 \times 2{,}22 = 111. Le gain de productivité est maximal pour une vitesse de 25 000 tours par minute, et vaut environ 111 unités.
Réponse finale
f(x)=502xx;f(x)>0 sur ]0;25[ et f(x)<0 sur ]25;+[;maximum en x=25 avec f(25)=50(ln(25)1)111f'(x) = \dfrac{50 - 2x}{x} \quad ; \quad f'(x) > 0 \text{ sur } ]0\,;\,25[ \text{ et } f'(x) < 0 \text{ sur } ]25\,;\,+\infty[ \quad ; \quad \text{maximum en } x = 25 \text{ avec } f(25) = 50\big(\ln(25) - 1\big) \approx 111

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