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Dérivées successives, dérivabilité en un point, inégalité des accroissements finis
Le cours écrit
3.1 Dérivées successives
Si est elle-même dérivable, sa dérivée est la dérivée seconde . On continue : , puis, pour tout entier , la dérivée n-ième , avec la convention .
Exemple 8. : , , , et . Pour un polynôme de degré , toutes les dérivées à partir de la quatrième sont nulles.
Exemple 9. sur : , , .
Exemple 10. Les dérivées de reviennent tous les quatre coups : , , , .
En physique. Si est la position d'un mobile à l'instant , sa vitesse est et son accélération est .
3.2 Dérivabilité en un point : la limite de la dérivée
Rappel. est dérivable en si le taux d'accroissement a une limite réelle quand . Aux bornes d'un intervalle, on parle de dérivabilité à droite ou à gauche.
Calculer ce taux est parfois long. Le théorème suivant permet de conclure avec la limite de .
Théorème (admis en S2-S4, démontré en S1-S3 à la leçon 7). Soit continue en et dérivable sur un intervalle . On suppose que a une limite quand .
- Si est un réel, est dérivable à droite en et . La courbe a une demi-tangente de pente .
- Si ou , le taux d'accroissement tend aussi vers : n'est pas dérivable à droite en , et la courbe a une demi-tangente verticale.
Le même énoncé vaut à gauche de .
Attention. L'hypothèse « continue en » est indispensable. Et si n'a pas de limite en , on ne peut rien conclure : on revient au taux d'accroissement.
Exemple 11. sur . est continue en , et pour , quand . Donc est dérivable à droite en , avec : demi-tangente horizontale.
Exemple 12. On reprend de l'exemple 4, continue sur . Quand , a un numérateur qui tend vers et un dénominateur qui tend vers , donc . n'est pas dérivable en : la courbe y a une demi-tangente verticale.
3.3 Inégalité des accroissements finis
Théorème. Soit dérivable sur un intervalle .
- Soient dans . Si pour tout , alors
- Si pour tout , alors pour tous réels et de :
Démonstration de la forme 1. La fonction a pour dérivée sur : elle est croissante. Donc , c'est-à-dire , soit . L'autre inégalité s'obtient de la même façon avec . La forme 2 s'en déduit en prenant .
Sens concret. Si la vitesse d'une voiture reste entre et , la distance parcourue pendant une durée reste entre et .
Exemple 13. Pour tous réels et , . En effet, pour tout . Avec , on obtient pour tout réel .
Exemple 14. Encadrer .
On applique la forme 1 à sur , avec . Pour , on a (car ), donc Avec : , d'où
Exercices 5 et 6
- Exercice 5 : dérivées successives
- Exercice 6 : dérivabilité en un point et inégalité des accroissements finis
Corrigés
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