Licence 1Analyse

Dérivabilité et règles de dérivation

55 min15 exercicesSéquence 4.4Licence 1

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Durée : 55 min

Dérivabilité

1. Définition

ff est dérivable en aa si la limite suivante existe et est finie :

f(a)=limh0f(a+h)f(a)h=limxaf(x)f(a)xaf'(a) = \lim_{h \to 0} \frac{f(a+h) - f(a)}{h} = \lim_{x \to a} \frac{f(x) - f(a)}{x - a}

Interprétation géométrique : f(a)f'(a) est la pente de la tangente au graphe de ff au point (a,f(a))(a, f(a)).

Équation de la tangente en aa : y=f(a)+f(a)(xa)y = f(a) + f'(a)(x-a).

2. Lien dérivabilité — continuité

Toute fonction dérivable en aa est continue en aa. La réciproque est fausse : x|x| est continue mais non dérivable en 00.

3. Dérivées usuelles


FonctionDérivée
|----------|---------|







xnx^nnxn1nx^{n-1}
exe^xexe^x
lnx\ln x1/x1/x
sinx\sin xcosx\cos x
cosx\cos xsinx-\sin x
tanx\tan x1/cos2x=1+tan2x1/\cos^2 x = 1 + \tan^2 x
xαx^\alphaαxα1\alpha x^{\alpha-1}

4. Règles de dérivation

- Linéarité : (αf+βg)=αf+βg(\alpha f + \beta g)' = \alpha f' + \beta g'
- Produit : (fg)=fg+fg(fg)' = f'g + fg'
- Quotient : (f/g)=fgfgg2(f/g)' = \frac{f'g - fg'}{g^2}
- Composée (règle de la chaîne) : (gf)(x)=g(f(x))f(x)(g \circ f)'(x) = g'(f(x))\cdot f'(x)
- Réciproque : Si ff est bijective et f(a)0f'(a)\neq 0, alors (f1)(f(a))=1f(a)(f^{-1})'(f(a)) = \frac{1}{f'(a)}

5. Théorèmes fondamentaux

Théorème de Rolle : Si ff est continue sur [a,b][a,b], dérivable sur ]a,b[]a,b[, et f(a)=f(b)f(a)=f(b), alors il existe c]a,b[c\in]a,b[ tel que f(c)=0f'(c)=0.

Théorème des accroissements finis (TAF) : Si ff est continue sur [a,b][a,b] et dérivable sur ]a,b[]a,b[, alors il existe c]a,b[c\in]a,b[ tel que :

f(b)f(a)=f(c)(ba)f(b) - f(a) = f'(c)(b-a)

Corollaires du TAF :
- Si f=0f'=0 sur ]a,b[]a,b[, alors ff est constante.
- Si f0f'\geq 0 sur ]a,b[]a,b[, alors ff est croissante.
- Inégalité des accroissements finis : Si fM|f'|\leq M sur ]a,b[]a,b[, alors f(b)f(a)Mba|f(b)-f(a)|\leq M|b-a|.

6. Dérivées d'ordre supérieur

La dérivée nn-ième de ff est notée f(n)f^{(n)}. Une fonction est de classe CnC^n si f(n)f^{(n)} existe et est continue.

Formule de Leibniz : (fg)(n)=k=0n(nk)f(k)g(nk)(fg)^{(n)} = \sum_{k=0}^n \binom{n}{k} f^{(k)} g^{(n-k)}

Exercices

Quelle est la dérivée de f(x)=x34x+2f(x) = x^3 - 4x + 2 ?

Quelle est la dérivée de g(x)=e2xg(x) = e^{2x} ?

Vrai ou faux : La fonction f(x)=xf(x)=|x| est dérivable en 00.

Dériver h(x)=sin(x2)h(x) = \sin(x^2).

Quelle est la dérivée de f(x)=ln(3x+1)f(x) = \ln(3x+1) sur son domaine ?

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