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Leçon 5

Règles de calcul

Vidéo 5 : Les règles de dérivation · 4 min 02 s · sous-titres en français

Le cours écrit

Dans toute la leçon, uu et vv sont deux fonctions dérivables sur un intervalle II, et kk est un réel.

5.1 Somme, produit par un réel

(u+v)′=u′+v′et(k u)′=k u′.(u + v)' = u' + v' \qquad \text{et} \qquad (k\,u)' = k\,u'. En effet, le taux de u+vu + v est la somme des taux de uu et de vv, et celui de kuku est kk fois celui de uu.

Conséquence. On dérive un polynôme terme à terme : un polynôme est dérivable sur R\mathbb{R}.

Exemple 21. P(x)=3x4−5x2+2x−7P(x) = 3x^4 - 5x^2 + 2x - 7 a pour dérivée P′(x)=3×4x3−5×2x+2=12x3−10x+2P'(x) = 3 \times 4x^3 - 5 \times 2x + 2 = 12x^3 - 10x + 2.

5.2 Produit

(u v)′=u′ v+u v′.(u\,v)' = u'\,v + u\,v'. Attention : la dérivée d'un produit n'est pas le produit des dérivées.

Démonstration. Pour xx dans II et h≠0h \neq 0 : u(x+h)v(x+h)−u(x)v(x)h=u(x+h)−u(x)h v(x+h)+u(x) v(x+h)−v(x)h.\frac{u(x + h)v(x + h) - u(x)v(x)}{h} = \frac{u(x + h) - u(x)}{h}\,v(x + h) + u(x)\,\frac{v(x + h) - v(x)}{h}. Quand hh tend vers 00, les deux taux tendent vers u′(x)u'(x) et v′(x)v'(x) ; et v(x+h)v(x + h) tend vers v(x)v(x), car vv, dérivable, est continue (leçon 1). D'où le résultat.

Exemple 22. f(x)=(2x+1)xf(x) = (2x + 1)\sqrt x sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. Avec u(x)=2x+1u(x) = 2x + 1 et v(x)=xv(x) = \sqrt x : u′(x)=2u'(x) = 2 et v′(x)=12xv'(x) = \dfrac{1}{2\sqrt x}. Donc f′(x)=2x+2x+12x=4x+2x+12x=6x+12x.f'(x) = 2\sqrt x + \frac{2x + 1}{2\sqrt x} = \frac{4x + 2x + 1}{2\sqrt x} = \frac{6x + 1}{2\sqrt x}.

Exemple 23. f(x)=xsin⁡xf(x) = x \sin x sur R\mathbb{R} : f′(x)=1×sin⁡x+xcos⁡x=sin⁡x+xcos⁡xf'(x) = 1 \times \sin x + x \cos x = \sin x + x\cos x.

5.3 Inverse et quotient

Si vv ne s'annule pas sur II : (1v)′=−v′v2et(uv)′=u′ v−u v′v2.\left(\frac1v\right)' = -\frac{v'}{v^2} \qquad \text{et} \qquad \left(\frac uv\right)' = \frac{u'\,v - u\,v'}{v^2}.

Démonstration de la première formule. 1v(x+h)−1v(x)=−v(x+h)−v(x)v(x+h) v(x)\dfrac{1}{v(x + h)} - \dfrac{1}{v(x)} = -\dfrac{v(x + h) - v(x)}{v(x + h)\,v(x)} ; on divise par hh et on fait tendre hh vers 00 (en utilisant encore la continuité de vv). La seconde s'en déduit en écrivant uv=u×1v\dfrac uv = u \times \dfrac1v et en appliquant la règle du produit.

Conséquence. Une fonction rationnelle est dérivable sur chaque intervalle contenu dans son ensemble de définition.

Exemple 24. g(x)=x2+1x−2g(x) = \dfrac{x^2 + 1}{x - 2} sur ]−∞ ;2[]-\infty\,;2[ et sur ]2 ;+∞[]2\,;+\infty[. Avec u(x)=x2+1u(x) = x^2 + 1, v(x)=x−2v(x) = x - 2, u′(x)=2xu'(x) = 2x, v′(x)=1v'(x) = 1 : g′(x)=2x(x−2)−(x2+1)×1(x−2)2=x2−4x−1(x−2)2.g'(x) = \frac{2x(x - 2) - (x^2 + 1) \times 1}{(x - 2)^2} = \frac{x^2 - 4x - 1}{(x - 2)^2}. En 33 : g(3)=10g(3) = 10 et g′(3)=9−12−11=−4g'(3) = \dfrac{9 - 12 - 1}{1} = -4. La tangente au point d'abscisse 33 a pour équation y=−4(x−3)+10=−4x+22y = -4(x - 3) + 10 = -4x + 22.

Exemple 25. h(x)=3x2+1h(x) = \dfrac{3}{x^2 + 1} sur R\mathbb{R} (x2+1x^2 + 1 ne s'annule jamais). Avec v(x)=x2+1v(x) = x^2 + 1 : h′(x)=3×(−2x(x2+1)2)=−6x(x2+1)2h'(x) = 3 \times \left(-\dfrac{2x}{(x^2 + 1)^2}\right) = -\dfrac{6x}{(x^2 + 1)^2}.

Exemple 26 (fonction tangente). Sur un intervalle où cos⁡x≠0\cos x \neq 0, tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \dfrac{\sin x}{\cos x}, donc tan⁡′(x)=cos⁡x×cos⁡x−sin⁡x×(−sin⁡x)cos⁡2x=cos⁡2x+sin⁡2xcos⁡2x=1cos⁡2x=1+tan⁡2x.\tan'(x) = \frac{\cos x \times \cos x - \sin x \times (-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{\cos^2 x + \sin^2 x}{\cos^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} = 1 + \tan^2 x.

Exemple 27. Pour nn entier, n≥1n \geq 1, la fonction x↦1xnx \mapsto \dfrac{1}{x^n} est dérivable sur ]−∞ ;0[]-\infty\,;0[ et sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[, de dérivée −n xn−1x2n=−nxn+1-\dfrac{n\,x^{n-1}}{x^{2n}} = -\dfrac{n}{x^{n+1}}. Par exemple, la dérivée de 1x2\dfrac{1}{x^2} est −2x3-\dfrac{2}{x^3}.

5.4 Dérivée de x↦f(ax+b)x \mapsto f(ax + b)

Propriété. Soit ff une fonction dérivable sur un intervalle JJ, et aa, bb deux réels. La fonction g:x↦f(ax+b)g : x \mapsto f(ax + b) est dérivable en tout réel xx tel que ax+b∈Jax + b \in J, et g′(x)=a f′(ax+b).g'(x) = a\,f'(ax + b). On dérive ff, on l'évalue en ax+bax + b, et on multiplie par aa.

Explication. Si a=0a = 0, gg est constante et g′=0g' = 0. Si a≠0a \neq 0, on pose X=ax+bX = ax + b et k=ahk = ah : g(x+h)−g(x)h=f(X+ah)−f(X)h=a×f(X+k)−f(X)k.\frac{g(x + h) - g(x)}{h} = \frac{f(X + ah) - f(X)}{h} = a \times \frac{f(X + k) - f(X)}{k}. Quand hh tend vers 00, kk tend vers 00, et le taux tend vers a f′(X)a\,f'(X).

Exemple 28.

  • (2x−1)5(2x - 1)^5 a pour dérivée 2×5 (2x−1)4=10 (2x−1)42 \times 5\,(2x - 1)^4 = 10\,(2x - 1)^4.
  • 3−2x\sqrt{3 - 2x} a pour dérivée −2×123−2x=−13−2x-2 \times \dfrac{1}{2\sqrt{3 - 2x}} = -\dfrac{1}{\sqrt{3 - 2x}}, pour 3−2x>03 - 2x > 0, c'est-à-dire sur ]−∞ ;32[\left]-\infty\,;\dfrac32\right[.
  • sin⁡(2x+π3)\sin\left(2x + \dfrac\pi3\right) a pour dérivée 2cos⁡(2x+π3)2\cos\left(2x + \dfrac\pi3\right).
  • 14x+1\dfrac{1}{4x + 1} a pour dérivée 4×(−1(4x+1)2)=−4(4x+1)24 \times \left(-\dfrac{1}{(4x + 1)^2}\right) = -\dfrac{4}{(4x + 1)^2}, sur chaque intervalle où 4x+1≠04x + 1 \neq 0.

5.5 Méthode

  1. Reconnaître la forme de la fonction : somme, produit, quotient, fonction de ax+bax + b.
  2. Préciser l'intervalle où elle est dérivable.
  3. Appliquer la règle, puis simplifier (factoriser, réduire au même dénominateur) : c'est le signe de la dérivée qui servira ensuite.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 8 et 9

  • Exercice 8 : somme, produit, quotient
  • Exercice 9 : fonctions de $ax + b$, tangentes horizontales

Exercices du chapitre (PDF, 325 Ko)

Corrigés

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

Corrigés du chapitre (PDF, 404 Ko)

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