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Determine whether the function f is continuous at x=2. Find lim f(x). Find lim x->2 f(x). Determine whether the function f is continuous at x=2.

Mathematics

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3 parts
b
1
c
-1
a

N(D)=8+200(D+8D)2N(D) = 8 + 200 \left(\frac{D+8}{D}\right)^2

Step-by-step solution

13 steps

Voici la résolution de vos questions :

Part i

Étude de la continuité de la fonction f(x)f(x)

La fonction f(x)f(x) est définie par :

f(x)={x−3si x<21si x=2x2−3x+22−xsi x>2f(x) = \begin{cases} x-3 & \text{si } x < 2 \\ 1 & \text{si } x = 2 \\ \frac{x^2 - 3x + 2}{2-x} & \text{si } x > 2 \end{cases}

Part b1

Trouver f(2)f(2).

  1. Utiliser la définition de la fonction pour x=2x=2.

    Selon la définition, si x=2x=2, f(x)=1f(x)=1.

    f(2)=1f(2) = 1

    La valeur de f(2)f(2) est 1\boxed{1}.

Part c-1

Trouver lim⁡x→2f(x)\lim_{x \to 2} f(x).

  1. Calculer la limite à gauche de x=2x=2.

    Pour x<2x < 2, f(x)=x−3f(x) = x-3.

    lim⁡x→2−f(x)=lim⁡x→2−(x−3)=2−3=−1\lim_{x \to 2^-} f(x) = \lim_{x \to 2^-} (x-3) = 2-3 = -1
  2. Calculer la limite à droite de x=2x=2.

    Pour x>2x > 2, f(x)=x2−3x+22−xf(x) = \frac{x^2 - 3x + 2}{2-x}.
    Factorisons le numérateur x2−3x+2x^2 - 3x + 2. Les racines sont x=1x=1 et x=2x=2, donc x2−3x+2=(x−1)(x−2)x^2 - 3x + 2 = (x-1)(x-2).

    lim⁡x→2+f(x)=lim⁡x→2+(x−1)(x−2)2−x\lim_{x \to 2^+} f(x) = \lim_{x \to 2^+} \frac{(x-1)(x-2)}{2-x} lim⁡x→2+f(x)=lim⁡x→2+(x−1)(x−2)−(x−2)\lim_{x \to 2^+} f(x) = \lim_{x \to 2^+} \frac{(x-1)(x-2)}{-(x-2)}

    Pour x≠2x \neq 2, on peut simplifier (x−2)(x-2).

    lim⁡x→2+f(x)=lim⁡x→2+−(x−1)=−(2−1)=−1\lim_{x \to 2^+} f(x) = \lim_{x \to 2^+} -(x-1) = -(2-1) = -1
  3. Comparer les limites à gauche et à droite.

    Puisque lim⁡x→2−f(x)=−1\lim_{x \to 2^-} f(x) = -1 et lim⁡x→2+f(x)=−1\lim_{x \to 2^+} f(x) = -1, la limite existe et est égale à −1-1.

    lim⁡x→2f(x)=−1\lim_{x \to 2} f(x) = -1

    La limite de f(x)f(x) lorsque xx tend vers 2 est −1\boxed{-1}.

Part d· 2 steps

Déterminer si la fonction ff est continue en x=2x=2.

  1. Vérifier les conditions de continuité en x=2x=2.

    Une fonction est continue en un point aa si :

    1. f(a)f(a) est défini. (De la partie b), f(2)=1f(2)=1, donc c'est défini.)
    2. lim⁡x→af(x)\lim_{x \to a} f(x) existe. (De la partie c), lim⁡x→2f(x)=−1\lim_{x \to 2} f(x) = -1, donc la limite existe.)
    3. lim⁡x→af(x)=f(a)\lim_{x \to a} f(x) = f(a). (Ici, lim⁡x→2f(x)=−1\lim_{x \to 2} f(x) = -1 et f(2)=1f(2) = 1.)
  2. Comparer la limite et la valeur de la fonction.

    Puisque lim⁡x→2f(x)=−1≠f(2)=1\lim_{x \to 2} f(x) = -1 \neq f(2) = 1, la troisième condition n'est pas remplie.
    La fonction ff n'est pas continue en x=2x=2.

Part d(ii)· 3 steps

Courbe de réponse à la dose en pharmacologie

La fonction de réponse à la dose est R(c)=c3+cR(c) = \frac{c}{3+c}.

À quelle concentration médicamenteuse le point d'inflexion se produit-il ?

  1. Calculer la première dérivée de R(c)R(c).

    Utilisons la règle du quotient (u/v)′=(u′v−uv′)/v2(u/v)' = (u'v - uv')/v^2. Soit u=cu=c et v=3+cv=3+c.
    u′=1u'=1, v′=1v'=1.

    R′(c)=1⋅(3+c)−c⋅1(3+c)2=3+c−c(3+c)2=3(3+c)2R'(c) = \frac{1 \cdot (3+c) - c \cdot 1}{(3+c)^2} = \frac{3+c-c}{(3+c)^2} = \frac{3}{(3+c)^2}
  2. Calculer la deuxième dérivée de R(c)R(c).

    Réécrivons R′(c)=3(3+c)−2R'(c) = 3(3+c)^{-2}.

    R′′(c)=3⋅(−2)(3+c)−3⋅1=−6(3+c)−3=−6(3+c)3R''(c) = 3 \cdot (-2)(3+c)^{-3} \cdot 1 = -6(3+c)^{-3} = \frac{-6}{(3+c)^3}
  3. Rechercher les points où R′′(c)=0R''(c) = 0 ou est indéfini.

    Pour trouver un point d'inflexion, nous devons trouver cc tel que R′′(c)=0R''(c)=0 ou R′′(c)R''(c) est indéfini et qu'il y ait un changement de concavité.
    L'équation −6(3+c)3=0\frac{-6}{(3+c)^3} = 0 n'a pas de solution car le numérateur est une constante non nulle.
    La deuxième dérivée est indéfinie lorsque 3+c=03+c=0, c'est-à-dire c=−3c=-3. Cependant, la concentration médicamenteuse cc doit être non négative (c≥0c \ge 0).
    Pour c≥0c \ge 0, le dénominateur (3+c)3(3+c)^3 est toujours positif. Par conséquent, R′′(c)=−6(3+c)3R''(c) = \frac{-6}{(3+c)^3} est toujours négatif pour c≥0c \ge 0.
    Puisque la deuxième dérivée est toujours négative pour c≥0c \ge 0, la fonction R(c)R(c) est toujours concave vers le bas et ne change jamais de concavité.
    Il n'y a pas de point d'inflexion pour c≥0c \ge 0.

    Il n'y a aucun point d'inflexion pour une concentration médicamenteuse c≥0c \ge 0.

Part d(iii)

Bioavailability et bactéries survivantes

Les fonctions données sont :

  • Bioavailability : h(x)=12xh(x) = \frac{1}{2}x (où xx est la dose orale en mg)
  • Quantité absorbée dans le site d'infection : g(x)=4xx+4g(x) = \frac{4x}{x+4} (où xx est la quantité entrant dans la circulation sanguine en mg)
  • Nombre de bactéries survivantes : f(x)=8+3200x2f(x) = 8 + \frac{3200}{x^2} (où xx est la quantité absorbée dans le site d'infection en mg)

Part a

N(D)=8+200(D+8D)2N(D) = 8 + 200 \left(\frac{D+8}{D}\right)^2

Dériver la fonction qui relie la dose orale au nombre de bactéries survivantes en utilisant la composition de fonctions.

Soit DD la dose orale en mg.

  1. Déterminer la quantité entrant dans la circulation sanguine en fonction de la dose orale.

    Ceci est donné par h(D)h(D).

    h(D)=12Dh(D) = \frac{1}{2}D
  2. Déterminer la quantité absorbée dans le site d'infection en fonction de la dose orale.

    Ceci est donné par g(h(D))g(h(D)).

    g(h(D))=g(12D)=4(12D)(12D)+4g(h(D)) = g\left(\frac{1}{2}D\right) = \frac{4\left(\frac{1}{2}D\right)}{\left(\frac{1}{2}D\right)+4}

    Simplifions cette expression :

    g(h(D))=2DD2+4=2DD+82=2D⋅2D+8=4DD+8g(h(D)) = \frac{2D}{\frac{D}{2}+4} = \frac{2D}{\frac{D+8}{2}} = 2D \cdot \frac{2}{D+8} = \frac{4D}{D+8}
  3. Déterminer le nombre de bactéries survivantes en fonction de la dose orale.

    Ceci est donné par f(g(h(D)))f(g(h(D))).

    f(g(h(D)))=f(4DD+8)=8+3200(4DD+8)2f(g(h(D))) = f\left(\frac{4D}{D+8}\right) = 8 + \frac{3200}{\left(\frac{4D}{D+8}\right)^2}
  4. Simplifier l'expression finale.

    f(g(h(D)))=8+3200(4D)2(D+8)2=8+320016D2(D+8)2f(g(h(D))) = 8 + \frac{3200}{\frac{(4D)^2}{(D+8)^2}} = 8 + \frac{3200}{\frac{16D^2}{(D+8)^2}} f(g(h(D)))=8+3200⋅(D+8)216D2f(g(h(D))) = 8 + 3200 \cdot \frac{(D+8)^2}{16D^2} f(g(h(D)))=8+320016⋅(D+8)2D2f(g(h(D))) = 8 + \frac{3200}{16} \cdot \frac{(D+8)^2}{D^2} f(g(h(D)))=8+200(D+8)2D2f(g(h(D))) = 8 + 200 \frac{(D+8)^2}{D^2}

    La fonction qui relie la dose orale DD au nombre de bactéries survivantes, N(D)N(D), est :

    N(D)=8+200(D+8D)2\boxed{N(D) = 8 + 200 \left(\frac{D+8}{D}\right)^2}
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