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Leçon 6

Le nombre dérivé en contexte

Vidéo 6 : Le nombre dérivé en contexte · 4 min 06 s · sous-titres en français

Le cours écrit

6.1 Vitesse moyenne et vitesse instantanée

Exemple 21 (une luge). Une luge descend une piste. La distance parcourue, en mètres, après tt secondes est d(t)=0,5 t2d(t) = 0{,}5\,t^2.

Vitesse moyenne. On a d(2)=2d(2) = 2 et d(4)=8d(4) = 8. Entre ces deux instants, la vitesse moyenne est d(4)−d(2)4−2=8−22=3 m/s.\frac{d(4) - d(2)}{4 - 2} = \frac{8 - 2}{2} = 3 \text{ m/s}.

Vitesse instantanée. À l'instant t=4t = 4, on prend une durée hh très courte : d(4+h)−d(4)h=0,5(4+h)2−8h=4h+0,5h2h=4+0,5h.\frac{d(4 + h) - d(4)}{h} = \frac{0{,}5(4 + h)^2 - 8}{h} = \frac{4h + 0{,}5h^2}{h} = 4 + 0{,}5h. Ce taux se rapproche de 44 : d′(4)=4d'(4) = 4. À cet instant, la luge va à 44 mètres par seconde.

En cinématique, un taux de variation est une vitesse moyenne, et un nombre dérivé est une vitesse instantanée, celle qu'afficherait un compteur. Sur le graphique, ce sont la pente d'une sécante et la pente d'une tangente.

6.2 Deux notations à connaître

Dans les autres disciplines, on rencontre d'autres écritures.

  • Le taux de variation s'écrit ΔyΔx\dfrac{\Delta y}{\Delta x}.
  • Le nombre dérivé s'écrit dydx\dfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} : si y=f(x)y = f(x), alors dydx=f′(x)\dfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = f'(x).

On adapte les lettres au contexte. Pour une position x=f(t)x = f(t), on écrit dxdt\dfrac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} : c'est la vitesse. Pour une quantité q=f(t)q = f(t), on écrit dqdt\dfrac{\mathrm{d}q}{\mathrm{d}t}. Cette écriture rappelle l'unité : dydx\dfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} s'exprime dans l'unité de yy divisée par l'unité de xx.

6.3 Le coût marginal

Le coût marginal est ce que coûte une unité de plus.

Exemple 22 (une savonnerie). Le coût total, en euros, de fabrication de qq savons est C(q)=0,02q2+3q+300C(q) = 0{,}02q^2 + 3q + 300. Pour 100100 savons, C(100)=800C(100) = 800 euros.

Le cent unième savon coûte C(101)−C(100)=807,02−800=7,02C(101) - C(100) = 807{,}02 - 800 = 7{,}02 euros.

Le nombre dérivé en 100100 se calcule : C(100+h)−C(100)=7h+0,02h2C(100 + h) - C(100) = 7h + 0{,}02h^2, donc le taux vaut 7+0,02h7 + 0{,}02h, et C′(100)=7C'(100) = 7.

Les deux nombres sont presque égaux : c'est l'approximation linéaire avec h=1h = 1, soit C(101)≈C(100)+C′(100)C(101) \approx C(100) + C'(100). Voilà pourquoi, en économie, on assimile le coût marginal au nombre dérivé du coût total.

6.4 Une seule idée

Le nombre dérivé mesure toujours à quelle vitesse une grandeur change quand une autre change, en un point précis.

La grandeur en fonction de le nombre dérivé est unité
distance (m) temps (s) une vitesse m/s
coût (euros) quantité un coût marginal euros par unité
volume (L) temps (min) un débit L/min
altitude (m) distance horizontale (m) une pente m par m

Réflexe : pour interpréter un nombre dérivé, commence par chercher son unité.

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Exercices 11 et 12

  • Exercice 11 : vitesse et débit
  • Exercice 12 : le coût de la planche suivante

Exercices du chapitre (PDF, 142 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 134 Ko)

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