Tale ST I Calcul différentiel 2008-2009
Calcul différentiel
Table des matières
I Dérivation 2
I.1 Nombre dérivé en un point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
I.2 Fonction dérivée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
I.3 Dérivées successives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
I.4 Opérations .............................................. 4
I.5 Équation de la tangente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
II Étude des variations d’une fonction 5
II.1 Lien entre dérivation et sens de variation d’une fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
II.2 Extremum d’une fonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
II.3 Résolution de l’équation f(x) = λ.................................. 7
III Primitives 8
III.1Dénitions............................................... 8
III.2 Calculs de primitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
III.2.1 Primitives des fonctions usuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
III.2.2 Opérations sur les primitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
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I Dérivation
Dans cette partie, fest une fonction numérique définie sur un intervalle I,Csa courbe représentative dans
un repère. aet xsont deux réels distincts de I
I.1 Nombre dérivé en un point
Définition 1
Soit fune fonction définie en aet au voisinage de a, on dit que fest dérivable en as’il existe un réel A
est une fonction ǫtels que, au voisinage de h= 0, on a :
f(a+h) = f(a) + Ah +(h),avec lim
h0ǫ(h) = 0.
A est appelé nombre dérivé de fen a.
Exemple 1
On considère la fonction définie sur Rpar f(x) = x2.
f(a+h) = (a+h)2=a2+ 2ah +h2=f(a) + (2a)h+h(h).
Donc, fest dérivable en ade nombre dérivé A= 2aet ǫ(h) = hde limite nulle en 0.
Définition 2
Le taux de variation de la fonction fentre aet xest le quotient : f(x)f(a)
xa.
Avec x=a+h, ce quotient s’écrit aussi : f(a+h)f(a)
h.
fest dérivable en aet on note cette dérivée f(a)si la limite suivante existe :
f(a) = lim
h0
f(a+h)f(a)
h.
Exemple 2
Soit fdéfinie sur Rpar f(x) = x2.
le taux de variation de fentre aet a+hest :
f(a+h)f(a)
h=(a+h)2a2
h=a2+ 2ah +h2a2
h=2ah +h2
h= 2a+h.
donc, f(a) = lim
h0(2a+h) = 2a.
En particulier, f(3) = 6,f(0) = 0 ...
Interprétation graphique :
Lorsque hse rapproche de 0, le point
Mse rapproche du point A.
Ainsi, la droite (AM) se rapproche
de la tangente Tau point A
f(a) correspond au coefficient di-
recteur de la tangente Tau point
d’abscisse a.A
a
f(a)
M
a+h
f(a+h)T
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I.2 Fonction dérivée
Définition 3
Soit fune fonction dérivable en tout point xd’un intervalle I, alors la fonction qui à xassocie f(x)est
appelé fonction dérivée de fsur I.
On obtient le tableau de dérivation suivant :
Fonction fFonction fEnsemble de définition de f
k0R
ax +b a R
1
x1
x2R
x1
2xR
+
xααxα1Rsi αNou Rsi αZ
ou R
+si αR
ln(x)1
xR
+
exexR
sin(x) cos(x)R
cos(x)sin(x)R
Exemple 3
Calcul de la dérivée des fonctions suivantes :
f(x) = π f (x) = 0 f(x) = x3f(x) = 3x2
f(x) = x2
3f(x) = 2
3x1
3f(x) = x2007 f(x) = 2007x2006
I.3 Dérivées successives
Définition 4
Soit fune fonction dérivable. Lorsque cela est possible, on définit les dérivées successives de fnotées :
f, f′′ , f ′′′ , . . . , f (n).
Exemple 4
Soit fla fonction définie sur Rpar f(x) = 2x3x2+x+ 3.
f(x) = 6x22x+ 1.
f′′ (x) = 12x2.
f′′′ (x) = 12.
f(4) = 0.
En physique et en mécanique, on utilise la notation différenteielle : df
dx =fet d2f
dx2=f′′
Exemple 5
Dans un circuit R, L, C en série, on a :
i=dq
dt .
e=Ldi
dt.
donc : e=Ld2q
dt2.
R L C
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I.4 Opérations
uet vsont deux fonctions définies et dérivables sur un même intervalle I.
Opération Fonction Dérivée
Addition u+v u+v
Multiplication par un nombre k×uavec kRk×u
Multiplication u×v u×v+u×v
Puissance unn×u×un1
Division u
v
u×vu×v
v2
Inverse 1
vv
v2
Fonction composée fg fg×g
exponentielle euueu
logarithme ln(u)u
u
sinus sin(u)ucos(u)
cosinus cos(u)usin(u)
Exemple 6
Calcul de dérivées :
f(x) = x3+x+ 3 : On utilise la formule (u+v)=u+vavec u(x) = x3et v(x) = x+ 3.
on obtient f(x) = 3x2+ 1.
f(x) = 3(x2+ 4) : on utilise la formule (ku)=kuavec k= 3 et u(x) = x2+ 4.
on obtient f(x) = 6x.
f(x) = (2x+ 3)(5x3) : On utilise la formule (uv)=uv+uvavec u(x) = 2x+ 3 et v(x) = 5x3.
on obtient f(x) = 20x+ 21.
f(x) = (2x7)2: on utilise la formule (u2)= 2uuavec u(x) = 2x7.
on obtient f(x) = 4(2x7).
f(x) = 3x4
x2+ 3 : On utilise la formule u
v
=uvuv
v2avec u(x) = 3x4et v(x) = x2+ 3.
on obtient f(x) = 3x2+ 8x+ 9
(x2+ 3)2.
f(x) = 1
3x+ 1 : On utilise la formule 1
v
=v
v2avec v(x) = 3x+ 1.
on obtient f(x) = 3
(3x+ 1)2.
f(x) = e3x+1 : On utilise la formule (eu)=ueuavec u(x) = 3x+ 1.
on obtient f(x) = 3 e3x+1.
f(x) = ln(2x+ 5) : On utilise la formule (ln u)=u
uavec u(x) = 2x+ 5.
on obtient f(x) = 2
2x+ 5.
f(x) = cos(2x+ 1) : On utilise la formule cos(u) = usin(u)avec u(x) = 2x+ 1.
on obtient f(x) = 2 sin(2x+ 1).
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I.5 Équation de la tangente
Propriété 1
Soit fune fonction numérique définie sur un intervalle Iet dérivable en aI.
La tangente Taen aà la courbe Cfa pour équation :
Ta:y=f(a)(xa) + f(a).
Exemple 7
Soit f(x) = x2+ 2. Les équations des tangentes en 0et en 1sont :
f(x) = 2x
f(0) = 0 donc T0:y= 0 ×(x0) + f(0) = 2.
f(1) = 2donc T1:y=2×(x+ 1) + f(1) = 2x+ 1.
II Étude des variations d’une fonction
II.1 Lien entre dérivation et sens de variation d’une fonction
L’idée est qu’il y a un lien entre le signe du coefficient directeur de la tangente de la courbe Cet le sens de
variation de la fonction f.
Propriété 2
On suppose que fest dérivable sur I.
fest croissante sur If(x)>0 pour tout xI.
fest décroissante sur If(x)60 pour tout xI.
fest constante sur If(x) = 0 pour tout xI.
Il est donc possible de déterminer les variations d’une fonction à partir du signe de sa dérivée.
Exemple 8
Étude d’une fonction polynôme :
Soit f(x) = 2x33x212x1, définie et dérivable sur R. Déterminons son sens de variation :
Pour tout réel xon a f(x) = 6x26x12 = 6(x2x2).
On détermine le signe de x2x2en cherchant ses racines et on trouve 1et 2.
f(x) = 6(x+ 1)(x2) est positive sauf entre ses racines 1et 2.
On peut déterminer le signe de la dérivée et en déduire les variations de la fonction f:
x−∞ −1 2 +
signe de f(x) + 0 0 +
6 +
variations de fր ց ր
−∞ −21
fest croissante sur ]− ∞ ;1 ] et sur [ 2 ; +[et décroissante sur [1 ; 2 ].
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