Étude de la convexité d'une fonction

Question

Étudier la convexité de la fonction \(f :x\longmapsto -4x^2+8x+1\)

Indice

On pourra étudier les variations de sa fonction dérivée

Solution

La dérivée de cette fonction du second degré est la fonction affine \(f' :x\longmapsto -8x+8\). Le coefficient directeur de cette fonction affine est négatif (-8) donc la fonction dérivée \(f'\) est décroissante sur \(\mathbb R\)

On en conclut que la fonction \(f\) est concave sur \(\mathbb R\), ce que confirme l'examen de sa courbe représentative.

Question

En généralisant l'étude précédente, que peut-on dire de la convexité des fonctions polynômes du second degré ?

Indice

Étudier la convexité de \(f :x\longmapsto ax^2+bx+c\) en fonction des coefficients a,b,c ou de l'un d'entre eux...

Solution

Soit \(f :x\longmapsto ax^2+bx+c\). On a f'(x)=2ax+b. Les variations de \(f'\) dépendent du signe de a:

  • Si \(a>0, f'\) est croissante donc \(f\) est convexe

  • Si \(a<0, f'\) est décroissante donc \(f\) est concave

On retrouve sans surprise la distinction entre les deux familles de polynômes du second degré en fonction du signe du coefficient dominant.