Première Analyse dérivéesfonctionscalcul différentiel

Dérivées — définition et calcul

Comprendre la notion de dérivée, les formules de base et les règles de calcul pour la classe de Première.

Qu’est-ce qu’une dérivée ?

La dérivée d’une fonction ff en un point aa est la limite du taux de variation quand h→0h \to 0 :

f′(a)=lim⁡h→0f(a+h)−f(a)hf'(a) = \lim_{h \to 0} \frac{f(a+h) - f(a)}{h}

Géométriquement, f′(a)f'(a) est le coefficient directeur de la tangente à la courbe de ff au point d’abscisse aa.


Formules de base

Fonction f(x)f(x)Dérivée f′(x)f'(x)
kk (constante)00
xnx^nnxn−1n x^{n-1}
x\sqrt{x}12x\dfrac{1}{2\sqrt{x}}
exe^xexe^x
ln⁡x\ln x1x\dfrac{1}{x}
sin⁡x\sin xcos⁡x\cos x
cos⁡x\cos x−sin⁡x-\sin x

Règles de calcul

Linéarité

Pour tous réels λ,μ\lambda, \mu :

(λf+μg)′=λf′+μg′(\lambda f + \mu g)' = \lambda f' + \mu g'

Produit

(fg)′=f′g+fg′(fg)' = f'g + fg'

Exemple : Soit h(x)=x2sin⁡xh(x) = x^2 \sin x.

h′(x)=2xsin⁡x+x2cos⁡xh'(x) = 2x \sin x + x^2 \cos x

Quotient

(fg)′=f′g−fg′g2\left(\frac{f}{g}\right)' = \frac{f'g - fg'}{g^2}

Exemple : Soit h(x)=x+1x−2h(x) = \dfrac{x+1}{x-2} (définie pour x≠2x \neq 2).

h′(x)=1⋅(x−2)−(x+1)⋅1(x−2)2=−3(x−2)2h'(x) = \frac{1 \cdot (x-2) - (x+1) \cdot 1}{(x-2)^2} = \frac{-3}{(x-2)^2}

Composée (règle de la chaîne)

(f∘g)′(x)=g′(x)⋅f′(g(x))(f \circ g)'(x) = g'(x) \cdot f'(g(x))

Exemple : Soit h(x)=e3x+1h(x) = e^{3x+1}.

On pose u=3x+1u = 3x+1, donc u′=3u' = 3 et f(u)=euf(u) = e^u.

h′(x)=3e3x+1h'(x) = 3 e^{3x+1}

Sens de variation et dérivée

Théorème : Sur un intervalle II, si f′(x)>0f'(x) > 0 alors ff est croissante sur II.
Si f′(x)<0f'(x) < 0 alors ff est décroissante sur II.

Méthode — Tableau de variations

  1. Calculer f′(x)f'(x).
  2. Résoudre f′(x)=0f'(x) = 0 et déterminer le signe de f′f' sur chaque intervalle.
  3. En déduire le tableau de variations de ff.

Exemple : f(x)=x3−3x+2f(x) = x^3 - 3x + 2

f′(x)=3x2−3=3(x2−1)=3(x−1)(x+1)f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2 - 1) = 3(x-1)(x+1)

f′(x)=0f'(x) = 0 pour x=−1x = -1 ou x=1x = 1.

xx−∞-\infty−1-111+∞+\infty
f′(x)f'(x)++00−-00++
ff↗\nearrow44↘\searrow00↗\nearrow

ff admet un maximum local en x=−1x = -1 : f(−1)=4f(-1) = 4.
ff admet un minimum local en x=1x = 1 : f(1)=0f(1) = 0.


Équation de la tangente

La tangente à la courbe de ff au point d’abscisse aa a pour équation :

y=f′(a)(x−a)+f(a)y = f'(a)(x - a) + f(a)

Exemple : Tangente à f(x)=x2f(x) = x^2 en x=2x = 2.

  • f(2)=4f(2) = 4, f′(x)=2xf'(x) = 2x, f′(2)=4f'(2) = 4.
y=4(x−2)+4=4x−4y = 4(x - 2) + 4 = 4x - 4
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