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Leçon 4

Fonction dérivée, dérivées des fonctions usuelles

Vidéo 4 : La fonction dérivée · 3 min 51 s · sous-titres en français

Le cours écrit

4.1 Fonction dérivable sur un intervalle

Définition. Une fonction ff est dérivable sur un intervalle ouvert II si elle est dérivable en tout réel xx de II. La fonction qui, à tout xx de II, associe le nombre dérivé f′(x)f'(x) s'appelle la fonction dérivée de ff ; on la note f′f'.

Sur un intervalle fermé [a ;b][a\,;b], on demande en plus que ff soit dérivable à droite en aa et à gauche en bb.

Exemple 17 (la fonction carré). Soit f(x)=x2f(x) = x^2 et xx un réel quelconque. Pour h≠0h \neq 0, (x+h)2−x2h=2xh+h2h=2x+h,\frac{(x + h)^2 - x^2}{h} = \frac{2xh + h^2}{h} = 2x + h, qui tend vers 2x2x. La fonction carré est dérivable sur R\mathbb{R}, et f′(x)=2xf'(x) = 2x. Par exemple, f′(−1)=−2f'(-1) = -2, f′(0)=0f'(0) = 0, f′(1)=2f'(1) = 2 et f′(3)=6f'(3) = 6.

4.2 Dérivées des fonctions usuelles

Fonction ff Fonction dérivée f′f' Ensemble de dérivabilité
x↦ax \mapsto a (aa constante) x↦0x \mapsto 0 R\mathbb{R}
x↦kxx \mapsto kx (kk réel) x↦kx \mapsto k R\mathbb{R}
x↦x2x \mapsto x^2 x↦2xx \mapsto 2x R\mathbb{R}
x↦xnx \mapsto x^n (nn entier, n≥1n \geq 1) x↦n xn−1x \mapsto n\,x^{n-1} R\mathbb{R}
x↦xx \mapsto \sqrt x x↦12xx \mapsto \dfrac{1}{2\sqrt x} ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[
x↦1xx \mapsto \dfrac1x x↦−1x2x \mapsto -\dfrac{1}{x^2} ]−∞ ;0[]-\infty\,;0[ et ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[
x↦sin⁡xx \mapsto \sin x x↦cos⁡xx \mapsto \cos x R\mathbb{R}
x↦cos⁡xx \mapsto \cos x x↦−sin⁡xx \mapsto -\sin x R\mathbb{R}

Les angles sont en radians. La racine carrée est définie en 00, mais n'y est pas dérivable (exemple 16).

4.3 D'où viennent ces formules

  • Constante. Le taux vaut a−ah=0\dfrac{a - a}{h} = 0. Fonction x↦kxx \mapsto kx. Le taux vaut k(x+h)−kxh=k\dfrac{k(x + h) - kx}{h} = k.
  • Fonction cube. (x+h)3−x3h=3x2h+3xh2+h3h=3x2+3xh+h2\dfrac{(x + h)^3 - x^3}{h} = \dfrac{3x^2h + 3xh^2 + h^3}{h} = 3x^2 + 3xh + h^2, qui tend vers 3x23x^2. C'est bien n xn−1n\,x^{n-1} pour n=3n = 3. Pour un entier nn quelconque, la formule est admise.
  • Fonction inverse. Pour x≠0x \neq 0 et hh assez petit, 1x+h−1x=−hx(x+h)\dfrac{1}{x + h} - \dfrac1x = \dfrac{-h}{x(x + h)}. Le taux vaut −1x(x+h)\dfrac{-1}{x(x + h)}, qui tend vers −1x2-\dfrac{1}{x^2}.
  • Racine carrée. Pour x>0x > 0, on multiplie par l'expression conjuguée : x+h−xh=(x+h)−xh(x+h+x)=1x+h+x,\frac{\sqrt{x + h} - \sqrt x}{h} = \frac{(x + h) - x}{h\left(\sqrt{x + h} + \sqrt x\right)} = \frac{1}{\sqrt{x + h} + \sqrt x}, qui tend vers 12x\dfrac{1}{2\sqrt x}.
  • Sinus et cosinus. Les formules sont admises.

Exemple 18. La dérivée de x↦x5x \mapsto x^5 est x↦5x4x \mapsto 5x^4 ; celle de x↦−3xx \mapsto -3x est la constante −3-3 ; celle de x↦7x \mapsto 7 est la fonction nulle.

Exemple 19. Tangente à la courbe de la racine carrée au point d'abscisse 99 : 9=3\sqrt9 = 3 et la dérivée en 99 vaut 12×3=16\dfrac{1}{2 \times 3} = \dfrac16. La tangente a pour équation y=16(x−9)+3y = \dfrac16(x - 9) + 3, soit y=16x+32y = \dfrac16 x + \dfrac32.

Exemple 20. Le cosinus a pour dérivée −sin⁡-\sin, qui s'annule en 00 : la tangente à la courbe du cosinus au point (0 ;1)(0\,;1) est horizontale. Le sinus a pour dérivée le cosinus, qui vaut 11 en 00 : la tangente à la courbe du sinus à l'origine est la droite y=xy = x.

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Exercice 7

  • Exercice 7 : dérivées des fonctions usuelles

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