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Leçon 1

Rappels sur la dérivation

Vidéo 1 : Rappels sur la dérivation · 3 min 36 s · sous-titres en français

Le cours écrit

1.1 Nombre dérivé et tangente

Soit ff une fonction définie sur II et aa un réel de II. Le taux de variation de ff entre aa et a+ha + h (h≠0h \neq 0) est f(a+h)−f(a)h\dfrac{f(a+h) - f(a)}{h} : c'est la pente de la sécante qui passe par les points d'abscisses aa et a+ha + h. Si ce taux a une limite finie quand hh tend vers 00, ff est dérivable en aa, et cette limite est le nombre dérivé f′(a)f'(a).

Tangente. La tangente à Cf\mathcal{C}_f au point d'abscisse aa est la droite qui passe par A(a ;f(a))A\big(a\,;f(a)\big) et qui a pour coefficient directeur f′(a)f'(a). Son équation est y=f(a)+f′(a)(x−a).y = f(a) + f'(a)(x - a).

1.2 Dérivées des fonctions de référence

f(x)f(x) f′(x)f'(x) ff est dérivable sur
kk (constante) 00 R\mathbb{R}
xx 11 R\mathbb{R}
xnx^n (nn entier, n≥1n \geq 1) n xn−1n\,x^{n-1} R\mathbb{R}
1x\dfrac{1}{x} −1x2-\dfrac{1}{x^2} ]−∞ ;0[]-\infty\,;0[ et ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[
1xn=x−n\dfrac{1}{x^n} = x^{-n} (nn entier, n≥1n \geq 1) −nxn+1-\dfrac{n}{x^{n+1}} ]−∞ ;0[]-\infty\,;0[ et ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[
x\sqrt{x} 12x\dfrac{1}{2\sqrt{x}} ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[
ex\mathrm{e}^x ex\mathrm{e}^x R\mathbb{R}

La formule (xn)′=n xn−1(x^n)' = n\,x^{n-1} reste vraie pour tout entier nn négatif, pour x≠0x \neq 0 : par exemple (x−2)′=−2x−3(x^{-2})' = -2x^{-3}. La fonction racine carrée est définie en 00 mais n'y est pas dérivable.

1.3 Règles de calcul

Soient uu et vv deux fonctions dérivables sur II, et kk un réel.

Fonction Dérivée Condition
u+vu + v u′+v′u' + v'
k uk\,u k u′k\,u'
u vu\,v u′ v+u v′u'\,v + u\,v'
1v\dfrac{1}{v} −v′v2-\dfrac{v'}{v^2} vv ne s'annule pas sur II
uv\dfrac{u}{v} u′ v−u v′v2\dfrac{u'\,v - u\,v'}{v^2} vv ne s'annule pas sur II

Avec une fonction affine. Si gg est dérivable, la fonction x↦g(ax+b)x \mapsto g(ax + b) a pour dérivée x↦a g′(ax+b)x \mapsto a\,g'(ax + b). Par exemple, (ekx)′=k ekx\left(\mathrm{e}^{kx}\right)' = k\,\mathrm{e}^{kx} et ((3x−2)5)′=3×5 (3x−2)4=15 (3x−2)4\left((3x - 2)^5\right)' = 3 \times 5\,(3x-2)^4 = 15\,(3x-2)^4.

1.4 Signe de la dérivée et variations

Soit ff une fonction dérivable sur un intervalle II (propriété de Première) :

  • si f′(x)≥0f'(x) \geq 0 pour tout xx de II, alors ff est croissante sur II ;
  • si f′(x)≤0f'(x) \leq 0 pour tout xx de II, alors ff est décroissante sur II ;
  • si f′(x)=0f'(x) = 0 pour tout xx de II, alors ff est constante sur II.

Si f′f' s'annule en aa en changeant de signe, alors ff admet un extremum local en aa : un maximum si f′f' passe du signe ++ au signe −-, un minimum dans l'autre cas. Dans tous les cas, en un extremum local aa qui n'est pas une borne de II, f′(a)=0f'(a) = 0 : la tangente y est horizontale.

1.5 Deux exemples

Exemple 1. Soit f(x)=(3x−1) e2xf(x) = (3x - 1)\,\mathrm{e}^{2x} sur R\mathbb{R}.

Dérivée. On pose u(x)=3x−1u(x) = 3x - 1 et v(x)=e2xv(x) = \mathrm{e}^{2x} : u′(x)=3u'(x) = 3 et v′(x)=2 e2xv'(x) = 2\,\mathrm{e}^{2x}. Par la règle du produit, f′(x)=3 e2x+(3x−1)×2 e2x=(3+6x−2) e2x=(6x+1) e2x.f'(x) = 3\,\mathrm{e}^{2x} + (3x - 1) \times 2\,\mathrm{e}^{2x} = (3 + 6x - 2)\,\mathrm{e}^{2x} = (6x + 1)\,\mathrm{e}^{2x}.

Variations. Comme e2x>0\mathrm{e}^{2x} > 0, f′(x)f'(x) a le signe de 6x+16x + 1 : négatif si x<−16x < -\frac16, positif si x>−16x > -\frac16.

xx −∞-\infty −16-\frac16 +∞+\infty
f′(x)f'(x) −- 00 ++
ff décroissante −32 e−1/3-\frac32\,\mathrm{e}^{-1/3} croissante

ff admet un minimum en −16-\frac16 : f ⁣(−16)=(−12−1)e−1/3=−32 e−1/3≈−1,075f\!\left(-\frac16\right) = \left(-\frac12 - 1\right)\mathrm{e}^{-1/3} = -\frac32\,\mathrm{e}^{-1/3} \approx -1{,}075.

Tangente en 00. f(0)=−1f(0) = -1 et f′(0)=1f'(0) = 1, donc la tangente a pour équation y=−1+1×(x−0)y = -1 + 1 \times (x - 0), soit y=x−1y = x - 1.

Exemple 2. Soit g(x)=x−1x+2g(x) = \dfrac{x - 1}{x + 2} sur ]−2 ;+∞[]-2\,;+\infty[. Par la règle du quotient, avec u(x)=x−1u(x) = x - 1 et v(x)=x+2v(x) = x + 2 : g′(x)=1×(x+2)−(x−1)×1(x+2)2=3(x+2)2>0.g'(x) = \frac{1 \times (x + 2) - (x - 1) \times 1}{(x + 2)^2} = \frac{3}{(x + 2)^2} > 0. La fonction gg est strictement croissante sur ]−2 ;+∞[]-2\,;+\infty[.

1.6 Un peu d'histoire

Le programme le rappelle : le calcul différentiel s'est développé au XVIIe siècle, en même temps que la physique mathématique. Fermat, Huygens, Pascal et Barrow étudient le problème des tangentes, et reconnaissent qu'il est l'inverse du problème des aires. Les travaux de Newton et de Leibniz révèlent ensuite deux visions et deux pratiques différentes de ce calcul. Il faudra attendre la notion de limite pour lui donner des fondements solides.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 1 et 2

  • Exercice 1 : calculer des dérivées
  • Exercice 2 : le bénéfice d'un apiculteur

Exercices du chapitre (PDF, 156 Ko)

Corrigés

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

Corrigés du chapitre (PDF, 171 Ko)

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