Calcul différentiel - Institut de Mathématiques de Toulouse

CALCUL DIFFÉRENTIEL 0.6.0 UNIV.JEANPAULCALVI.COMCALCUL DIFFÉRENTIEL 0.6.0 UNIV.JEANPAULCALVI.COM
Calcul diérentiel
Jean-Paul Calvi
0.6.0
Université de Toulouse
CALCUL DIFFÉRENTIEL 0.6.0 UNIV.JEANPAULCALVI.COM
©2011-13 Jean-Paul Calvi
Première mise en ligne, à la version 0.4.0, le 28 mars 2011, sur le site
jeanpaulcalvi.com
Développements 1 Insertion des démonstrations / non programmé
Photographie de couverture : ©2006 Jarosław Kwiatkowski, .
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D’abord, l’Italie que tu crois déjà proche — et tu
te prépares, ignorant, à pénétrer près d’ici dans
ses ports —, une longue route déroutante, bor-
dant de longues terres, t’en sépare bien loin.
Virgile, Énéide
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Préfaces
0.4
Ce texte est issus d’un cours que j’ai donné dans le cadre du module de calcul
diérentiel de la licence de mathématiques appliquée à l’ingénierie (MAPI) de
l’université Paul Sabatier. Il contient les exercices traités en travaux dirigés ainsi que
les énoncés des contrôles. Pour l’essentiel, le contenu correspond à un celui d’un
cours d’introduction classique. Le cadre est celui des espaces vectoriels normés
abstraits mais, dans toutes les applications, ceux-ci seront de dimension nie. Les
aspects computationnels sont privilégiés. Les possibilités qu’orent les logiciels de
calculs formels seront signalées et des exemples seront proposés utilisant le logiciel
MAXIMA librement téléchargeable sur la page http ://maxima.sourceforge.net
Les graphes de fonctions de deux variables et certains autres calculs sont eectués à
l’aide du logiciel SCILAB aussi librement téléchargeable sur http ://www.scilab.org
Foix, Mars 2011, JPC.
0.5 et 0.6
J’ai apporté quelques améliorations typographiques et augmenté le texte de quelques
exercices, spécialement dans le chapitre sur les équations diérentielles. J’ai com-
mencé la rédaction des démonstrations des résultats fondamentaux. Foix,
Avril 2013, JPC
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Table des matières
Préface 4
Table des matières 5
1 Diérentielles 1
1 Introduction et dénition.............................. 1
1.1 La dénition d’une diérentielle...................... 2
1.2 L’application tangente et l’hyperplan tangent . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Comment rechercher une diérentielle à partir de la dénition . . . . 7
1.4 Deux règles de calculs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 La fonction diérentielle.......................... 9
2 Dérivées suivant un vecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 Dénition .................................. 10
2.2 Les dérivées partielles ordinaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Le lien entre les dérivées directionnelles et la diérentielle d’une fonction 11
2.4 La matrice d’une diérentielle....................... 12
2.5 Insusance des dérivées partielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.6 Autres notations pour les diérentielles. . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.7 Calcul automatique des dérivées partielles et des diérentielles (avec
Maxima)................................... 14
3 Diérentielle de la composée de deux fonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4 Extremums...................................... 18
5 Théorème des accroissements nis......................... 20
5.1 Le théorème élémentaire des accroissements nis............ 20
5.2 Enoncéduthéorème ............................ 20
5.3 Caractérisation des fonctions de diérentielle nulle . . . . . . . . . . . 22
5.4 Obtention de la diérentiabilité à partir des dérivées partielles . . . . 22
5.5 Suites de fonctions diérentiables..................... 24
6 Exercicesetproblèmes ............................... 25
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