Dérivation 1 Fonction carré : étude d`un exemple - maths

Première ES Dérivation
1 Fonction carré : étude d’un exemple
On considère la fonction fdéfinie sur Rpar f(x) = x2.
On donne ci-dessous la représentation graphique Cfde fdans un repère orthogonal.
On considère les points A(1; f(1)) et Mh(1 + h;f(1 + h)) avec hR.
La droite Thest la droite passant par A et Mh
1. Placer Mhpuis tracer Thpour les valeurs de h= 3,h= 2,h= 1 puis h= 0,5.
2. Calculer le coefficient directeur chde Thpour h= 1 puis h= 0,5
3. Calculs avec hquelconque :
(a) Exprimer le coefficient directeur chde Then fonction de hen simplifiant au maximum l’expression
obtenue.
*Rappel : Le coefficient directeur de Th,f(1 + h)f(1)
(1 + h)1est le taux de variation de fentre
1 et 1 + h.
(b) Déterminer lim
h0ch
(c) Que représente la droite Thpour la courbe Cflorsque h0?
La limite (si elle existe) du taux de variation de f(coefficient directeur de (AMh)) entre 1 et 1 + h
lorsque h0est appelé nombre dérivé de fen x= 1 et se note f0(1).
On a donc ici : f0(1) = lim
h0
f(1 + h)f(1)
h= 2 et c’est donc le coefficient directeur de la tangente à
Cfau point d’abscisse 1.
4. Recherche du nombre dérivé de fpour une valeur réelle xquelconque :
On considère les points M0(x;f(x)) et Mh(x+h;f(x+h)) de la courbe Cfet on veut déterminer le nombre
dérivé f0(x)
(a) Exprimer le taux thde variation de fentre les points M0et Mh
(b) Déterminer alors lim
h0then fonction de x
(c) En déduire f0(x)en fonction de x
(d) Retrouver alors le résultat de f0(2)
(e) En utilisant le résultat du c, déterminer f0(2) et tracer la tangente à la courbe Cfau point d’abscisse 2.
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2 Définition et propriété du nombre dérivé
2.1 Nombre dérivé
Définition 1 : Nombre dérivé de fen x=a
Soit fune fonction définie sur un intervalle I. Soit aIet h6= 0 tel que a+hI.
On appelle taux de variation de fentre aet hle réel f(a+h)f(a)
h.
On dit que fest dérivable en asi lim
h0
f(a+h)f(a)
hexiste et est finie et on note f0(a)le nombre dérivé de
fen a.
2.2 Interprétation graphique
propriété 2 :Interprétation graphique du nombre dérivé
Soit fune fonction définie sur Iet Cfsa représentation graphique dans un repère. Soit aI.
Si fest dérivable en aalors f0(a)est le coefficient directeur de la tangente à Cfau point A(a;f(a)). L’équation
de cette tangente est alors : y=f0(a)(xa) + f(a).
Remarque : y=f0(a)(xa) + f(a)y=f0(a)xaf0(a) + f(a)
Le coefficient directeur de la droite dont l’équation est donnée ci-dessus est f0(a)et le point A(a;f(a)) appartient
à cette droite, en effet :
f0(a)×aaf0(a) + f(a) = f(a) = yA
2.3 Applications de la dérivation
2.3.1 Dérivée et variations
propriété 3 Soit fune fonction dérivable sur un intervalle I.
fest croissante sur Isi et seulement si pour tout xde I,f0(x)0.
fest constante sur Isi et seulement si pour tout xde I,f0(x) = 0.
fest décroissante sur Isi et seulement si pour tout xde I,f0(x)0.
Exemple 1 :
Étudier les variations de la fonction fdéfinie sur Rpar f(x) = x2de la partie 1.
2.3.2 Extremums
Soit fune fonction dérivable sur un intervalle Iet x0I.
propriété 4 Si f(x0)est un extremum (maximum ou minimum) local de falors f0(x0) = 0.
Remarque : La réciproque de cette propriété est fausse. La condition f0(x0)=0ne suffit pas pour conclure
qu’il existe un extremum en x0(voir propriété ci-dessous).
propriété 5 Si f0s’annule en changeant de signe en x0alors f(x0)est un extremum local de f.
3 Dérivées des fonctions usuelles
fonction a x x2xnnN1
x
1
x2
1
xn(nN)x
Dérivable sur :
Dérivée :
Exemple 2 : Calcul de dérivées]
1. Calculer la dérivée de la fonction fdéfinie sur Rpar f(x) = x3
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2. Calculer la dérivée de la fonction gdéfinie sur Rpar g(x) = x4
3. Calculer la dérivée de la fonction hdéfinie sur Rpar h(x) = 1
x3
4. Calculer la dérivée de la fonction idéfinie sur Rpar i(x) = 1
x4
4 Formules de dérivation
uet vsont deux fonctions dérivables sur un intervalle Ide Ret kun réel.
fonction ku u +v u ×v1
v(v6= 0 sur I)u
v(v6= 0 sur I)
Dérivée :
Exemple 3 : Calcul de dérivées
1. Calculer la dérivée de la fonction fdéfinie sur Rpar f(x) = 3x34x2+ 5x+ 1
2. Calculer la dérivée de la fonction gdéfinie sur Rpar g(x) = 2
x2+ 3
3. Calculer la dérivée de la fonction hdéfinie sur Rpar h(x) = (x21)(x3+ 4)
4. Calculer la dérivée de la fonction idéfinie sur Rpar i(x) = x2x+ 1
x2+ 1
5 Etude des variations d’une fonction avec le signe de la dérivée
Méthode
Identifier les différents termes de f(x)et les formules à utiliser
Calculer f(x)
Factoriser au maximum f0(x)pour étudier son signe
Identifier les facteurs de signe constant (carrés, facteurs positifs sur Df) pour simplifier l’étude du signe
5.1 Fonction polynôme
Exemple 4 : Fonction polynôme (de degré 3)
fest la fonction définie sur Rpar f(x) = x3+3
2x26x3
Etudier les variations de f.
5.2 Fonction rationnelle
Exemple 5 : Fonction rationnelle
gest la fonction définie sur Rpar g(x) = x+ 1
x2+ 3
Etudier les variations de g.
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