0. Dérivation (rappels)

Nombre dérivé

Définition

Soit ff une fonction définie sur un intervalle II, aIa\in I. On appelle taux d'accroissement de ff entre aa et a+ha+h, où hRh\in\mathbb{R}, est le réel f(a+h)f(a)h\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}

ff est dite dérivable en aa si le taux d'accroissement de ff entre aa et a+ha+h tend vers un réel \ell lorsque hh tend vers 00. On note alors f(a)=limh0f(a+h)f(a)h=f'(a)=\lim_{h\to 0}\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}=\ell

Le réel f(a)f'(a) est appelé nombre dérivé de ff en aa.

Tangente

Proposition

Si ff est dérivable en aa, alors f(a)f'(a) est le coefficient directeur de la tangente à Cf\mathcal C_f au point d'abscisse aa.

Proposition

Si ff est dérivable en aa, alors Ta:y=f(a)×(xa)+f(a)T_a : y = f'(a)\times (x-a) + f(a) est l'équation de la tangente à Cf\mathcal C_f au point d'abscisse aa.

\bigstar Illustration GeoGebra

tangente.png

  \clubsuit\,\clubsuit\,\clubsuit\; MÉTHODES

  • Déterminer l'équation de la tangente à f:xx2f:x\mapsto x^2 en 2 et en 0 ;

  • Déterminer l'équation de la tangente à h:x1xh:x\mapsto \dfrac{1}{x} en 1 ;

  • Déterminer l'équation de la tangente à r:xxr:x\mapsto \sqrt{x} en 3.

Fonction dérivée

Définition

Soit ff une fonction définie sur un intervalle II. Si ff est dérivable en tout xIx\in I, alors on note ff' et on appelle fonction dérivée de ff, la fonction définie sur II par :

f:xf(x)f':x\mapsto f'(x)

C'est la fonction qui a tout point xx de II associe le coefficient directeur de la tangente à Cf\mathcal C_f au point d'abscisse xx.

\bigstar Illustration GeoGebra

derivée.png

Dérivée des fonctions usuelles

Fonction ff

Fonction ff'

ff définie sur

ff dérivable sur

xkx\mapsto k

x0x\mapsto 0

R\mathbb R

R\mathbb R

xm×x+px\mapsto m\times x+p

xmx\mapsto m

R\mathbb R

R\mathbb R

xx2x\mapsto x^2

x2xx\mapsto 2x

R\mathbb R

R\mathbb R

xxnx\mapsto x^n avec n2n\geqslant 2

xn×xn1x\mapsto n\times x^{n-1}

R\mathbb R

R\mathbb R

x1xx\mapsto \dfrac{1}{x}

x1x2x\mapsto \dfrac{-1}{x^2}

R{0}\mathbb R-\{0\}

R{0}\mathbb R-\{0\}

xxx\mapsto \sqrt{x}

x12xx\mapsto \dfrac{1}{2\sqrt{x}}

[0  ;  +[[0\;;\;+\infty[

]0  ;  +[]0\;;\;+\infty[

xexx\mapsto e^x

xexx\mapsto e^x

R\mathbb R

R\mathbb R

xlnxx\mapsto\ln x

x1xx\mapsto \dfrac{1}{x}

]0  ;  +[]0\;;\;+\infty[

]0  ;  +[]0\;;\;+\infty[

xcosxx\mapsto\cos x

xsinxx\mapsto-\sin{x}

R\mathbb R

R\mathbb R

xsinxx\mapsto\sin{x}

xcosxx\mapsto\cos{x}

R\mathbb R

R\mathbb R

Dérivées et opérations

Les formules indispensables pour pouvoir dériver quelques fonctions :

  • La somme : (u+v)=u+v(u+v)'=u'+v'

  • Le produit : (u×v)=u×v+u×v(u\times v)'=u'\times v+u\times v'

  • L'inverse : (1v)=vv2\left(\dfrac{1}{v}\right)'=\dfrac{-v'}{v^2}

  • Le quotient : (uv)=uvuvv2\left(\dfrac{u}{v}\right)'=\dfrac{u'v-uv'}{v^2}

  • Les puissances : (un)=n×un1×u(u^n)'=n\times u^{n-1}\times u'

  • Les racines : (u)=u2u(\sqrt{u})'=\dfrac{u'}{2\sqrt{u}}

  • Exponentielle: (eu)=u×eu(e^u)'=u'\times e^u

  • Logarithme : (lnu)=uu(\ln{u})'=\dfrac{u'}{u}

  • Fonctions circulaires : (cos(ax+b))=a×sin(ax+b)(\cos{(ax+b)})'=-a\times\sin{(ax+b)} (sin(ax+b))=a×cos(ax+b)(\sin(ax+b))'=a\times\cos(ax+b)

Remarque : cas particulier du produit par une constante :

Si kk est un réel constant, on a (k×u)=k×u(k\times u)'=k\times u'

  \clubsuit\,\clubsuit\,\clubsuit\; MÉTHODE :

Calculer les fonctions dérivées des fonctions suivantes :

  • f:xx3+1xf:x\mapsto x^3+\dfrac{1}{x}

  • g:x7x2g:x\mapsto 7x^2

  • h:xxxh:x\mapsto x\sqrt{x}

  • i:x3x27x+1i:x\mapsto \dfrac{3}{x^2-7x+1}

  • j:xx1x2+1j:x\mapsto \dfrac{x-1}{x^2+1}

  • k:x(x2+5)3k:x\mapsto (x^2+5)^3

  • l:xln(x2+1)l:x\mapsto\ln(x^2+1)

  • m:xx2+1m:x\mapsto\sqrt{x^2+1}

  • n:xx2e3xn:x\mapsto x^2e^{-3x}

Problèmes et travaux pratiques

Problème 1

Soit f(x)=xf(x)=\sqrt{x} et g(x)=ax2+bxg(x)=ax^2+bx.

Déterminer aa et bb pour que ces deux fonctions possèdent la même tangente au point d'abscisse 11.

tangente-commune.png

Problème 2

Soit f(x)=2x+12x1f(x)=\dfrac{2x+1}{2x-1}.

Existe-t-il une autre tangente à Cf\mathcal C_f parallèle à la tangente T1T_1 à Cf\mathcal C_f au point d'abscisse 11 ?

tangente-hyperbole.png

Variation et dérivation

Théorème fondamental #1

Soit ff une fonction définie et dérivable sur un intervalle II.

  • ff est croissante sur II si et seulement si f(x)0f'(x)\geqslant 0 sur II

  • ff est décroissante sur II si et seulement si f(x)0f'(x)\leqslant 0 sur II

  • ff est constante sur II si et seulement si f(x)=0f'(x)= 0 sur II

  \clubsuit\,\clubsuit\,\clubsuit\; MÉTHODE :

  • Déterminer le sens de variation de f:x2x3+3x236xf:x\mapsto 2x^3+3x^2-36x sur R\mathbb{R}

  • Déterminer le sens de variation de h:x1x+xh:x\mapsto \dfrac{1}{x}+x sur R+\mathbb{R^{+*}}

Extremum d'un fonction

Théorème fondamental #2

Soit ff une fonction définie et dérivable sur un intervalle ouvert II.

  • Si ff admet un extremum local (maximum ou minimum) en aIa\in I alors f(a)=0f'(a)=0.

  • Si la dérivée ff' s'annule en changeant de signe en aIa\in I, alors la fonction ff présente un extremum local (maximum ou minimum) en aa.

Remarque : un intervalle ouvert est un intervalle du type ]c  ;  d[]c\;;\;d[

  1. Faire deux figures illustrant chacun des deux cas.

  2. Pourquoi a-t-on pris soin d'être sur un intervalle ouvert II ?

  3. Pour la deuxième assertion, que peut-il se passer si ff' ne change pas de signe ? Illustrer.

Stricte monotonie

Une version plus précise du théorème #1 :

Soit ff une fonction définie et dérivable sur un intervalle II.

  • Si f(x)>0f'(x)>0 sur II, alors ff est strictement croissante sur II

  • Si f(x)<0f'(x)<0 sur II, alors ff est strictement décroissante sur II

  • Si ff est strictement monotone sur II alors f(x)f'(x) est de signe constant et ne s'annule que de façon isolée.

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