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Dérivées de sinus et cosinus

20 min5 exercicesSéquence 1.1 — Terminale
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Durée : 20 min

Deux limites usuelles

Avant d'établir les formules de dérivation, on admet deux limites fondamentales, qui traduisent le comportement du cercle trigonométrique autour de 00 :

lim⁡x→0sin⁡xx=1lim⁡x→0cos⁡x−1x=0\lim_{x\to0} \dfrac{\sin x}{x} = 1 \qquad\qquad \lim_{x\to0} \dfrac{\cos x - 1}{x} = 0

Idée géométrique : pour un petit angle xx (en radians), la longueur de l'arc de cercle, la longueur de la corde et la valeur de sin⁡x\sin x sont presque confondues, ce qui explique que sin⁡x\sin x se comporte comme xx lorsque xx est proche de 00. De même, cos⁡x\cos x se rapproche très vite de 11, et la "vitesse" de ce rapprochement est nulle par rapport à xx.

Ces deux limites permettent de retrouver les dérivées de sinus et cosinus en 00, puis en tout point grâce aux formules d'addition.

## Dérivées de sinus et cosinus

> Théorème. Les fonctions sin⁡\sin et cos⁡\cos sont dérivables sur R\mathbb{R}, et pour tout réel xx :
>

(sin⁡x)′=cos⁡x(cos⁡x)′=−sin⁡x(\sin x)' = \cos x \qquad\qquad (\cos x)' = -\sin x

Ces deux formules sont à connaître parfaitement : on retiendra que dériver sin⁡\sin donne cos⁡\cos, et que dériver cos⁡\cos donne −sin⁡-\sin (apparition d'un signe moins).

Remarque : en dérivant une seconde fois, on retrouve (sin⁡x)′′=−sin⁡x(\sin x)'' = -\sin x et (cos⁡x)′′=−cos⁡x(\cos x)'' = -\cos x : chaque fonction est, à un signe près, sa propre dérivée seconde.

## Dérivée des fonctions composées sin⁡(ax+b)\sin(ax+b) et cos⁡(ax+b)\cos(ax+b)

Soient aa et bb deux réels. En utilisant la formule de dérivation des fonctions composées (u∘v)′=v′×u′(v)(u\circ v)' = v' \times u'(v) avec v(x)=ax+bv(x) = ax+b, on obtient :

>

(sin⁡(ax+b))′=acos⁡(ax+b)\big(\sin(ax+b)\big)' = a\cos(ax+b)

>
(cos⁡(ax+b))′=−asin⁡(ax+b)\big(\cos(ax+b)\big)' = -a\sin(ax+b)

Le coefficient aa "sort" devant la dérivée, exactement comme pour la dérivée de eax+be^{ax+b}.

Exemple complet : soit f(x)=sin⁡(2x+1)+3cos⁡(x)f(x) = \sin(2x+1) + 3\cos(x), définie sur R\mathbb{R}.

On dérive terme à terme :
- pour sin⁡(2x+1)\sin(2x+1) : ici a=2a=2, b=1b=1, donc la dérivée est 2cos⁡(2x+1)2\cos(2x+1) ;
- pour 3cos⁡(x)3\cos(x) : la dérivée est 3×(−sin⁡x)=−3sin⁡x3\times(-\sin x) = -3\sin x.

On obtient donc :

f′(x)=2cos⁡(2x+1)−3sin⁡xf'(x) = 2\cos(2x+1) - 3\sin x

Calculons par exemple f′(0)f'(0) :

f′(0)=2cos⁡(1)−3sin⁡(0)=2cos⁡(1)f'(0) = 2\cos(1) - 3\sin(0) = 2\cos(1)

On retrouve ainsi une valeur numérique exacte à partir d'une expression dérivée correctement construite.

Exercices

Quelle est la dérivée de la fonction f(x)=sin⁡xf(x) = \sin x ?

La dérivée de la fonction cosinus fait apparaître un signe moins : (cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)' = -\sin x.

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