Toutes les leçons du chapitre, prêtes pour le papier. Les séries d'exercices sont notées A, B, C… et corrigées à la fin.
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Première, spécialité
Dérivation
NomDate
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1. Le nombre dérivé : définition par une limite
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
La courbe violette est celle de y=x2. La droite bleue passe par ses points d'abscisses a et a+h. Déplace a, puis réduis h.
La parabole y = x² et une sécante passant par ses points d'abscisses a et a + h. Quand h diminue, la sécante tend vers la tangente en a, de coefficient directeur 2a.
Avec a=1, le coefficient directeur de la droite bleue est 2+h. Vers quoi tend-il quand h tend vers 0 ?
2
1
L'idée clé
Le taux de variation de f entre a et a+h est le coefficient directeur de la sécante. Sa limite est le nombre dérivé.
Étape 1h = 2 : la sécante passant par P et Q a pour coefficient directeur 2.
Étape 2h = 1 : coefficient directeur 1,5.
Étape 3h = 0,5 : coefficient directeur 1,25.
Étape 4h = 0,1 : coefficient directeur 1,05 ; les valeurs tendent vers 1, celui de la tangente en P.
f′(a)=h→0limhf(a+h)−f(a), si cette limite existe. C'est le coefficient directeur de la tangente au point d'abscisse a.
Exemple corrigé
f(x)=x2+3x. Calcule f′(2).
f(2+h)−f(2)=7h+h2
f(2 + h) = 4 + 4h + h² + 6 + 3h et f(2) = 10.
hf(2+h)−f(2)=7+h
On divise par h ≠ 0.
f′(2)=7
h tend vers 0.
À toi, guidé
À toi : f(x)=x2+3x en a=1.
f(1+h)−f(1)=5h+h2
f(1 + h) = 1 + 2h + h² + 3 + 3h et f(1) = 4.
f′(1)=5
On divise par h, puis h tend vers 0.
Entraînement ★
f(x)=x2+4x. Utilise f′(4)=h→0limhf(4+h)−f(4) pour calculer f′(4).
f(x)=x2+4x. Utilise f′(2)=h→0limhf(2+h)−f(2) pour calculer f′(2).
f(x)=x2+5x. Utilise f′(5)=h→0limhf(5+h)−f(5) pour calculer f′(5).
Attention !
Entraînement ★★
Quelle expression est égale à f′(2) ?
h→0limhf(2+h)−f(2)
h→0lim(f(2+h)−f(2))
1f(2+1)−f(2)
f(2)
f(x)=x4. Utilise la définition par une limite pour calculer f′(3).
f(x)=x6. Utilise la définition par une limite pour calculer f′(4).
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
f(x)=x2+4x. Utilise f′(4)=h→0limhf(4+h)−f(4) pour calculer f′(4).
f(x)=x2+4x. Utilise f′(2)=h→0limhf(2+h)−f(2) pour calculer f′(2).
f(x)=x2+5x. Utilise f′(5)=h→0limhf(5+h)−f(5) pour calculer f′(5).
Fiche résumé
Nombre dérivé
Écris et simplifie f(a+h)−f(a).
Divise par h, puis fais tendre h vers 0.
Attention : f′(a) est un coefficient directeur, pas la valeur f(a).
2. La tangente
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
La droite bleue est la tangente à y=x2 en x=a. Déplace a.
La parabole y = x² et sa tangente en x = a, qui touche la courbe en (a ; a²) avec le coefficient directeur 2a.
En a=1, la tangente a pour coefficient directeur 2 et touche la courbe en (1;1). Quelle est son équation ?
y=1+2(x−1)
y=2x
L'idée clé
La tangente touche la courbe au point (a;f(a)) avec le coefficient directeur f′(a).
La tangente à la courbe de f au point d'abscisse a a pour équation y=f(a)+f′(a)(x−a).
Exemple corrigé
f(2)=5 et f′(2)=−3. Écris la tangente en x=2.
y=5+(−3)(x−2)
Le point (2 ; 5) et le coefficient −3.
y=−3x+11
On développe.
À toi, guidé
À toi : f(4)=1 et f′(4)=2.
y=1+2(x−4)
Point (4 ; 1), coefficient 2.
y=2x−7
On développe : 2x − 8 + 1.
Entraînement ★
Pour f(x)=x2, on a f′(x)=2x. Trace la tangente à la courbe en x=1 : place deux points dessus.
Pour f(x)=x2, on a f′(x)=2x. Trace la tangente à la courbe en x=−2 : place deux points dessus.
f(1)=2 et f′(1)=3. Écris la tangente à la courbe de f en x=1 : entre le membre de droite de y=…
f(2)=−5 et f′(2)=3. Écris la tangente à la courbe de f en x=2 : entre le membre de droite de y=…
Attention !
Entraînement ★★
Pour f(x)=x3, le taux de variation en x=−3 se simplifie en 27+−9h+h2. Quel est le coefficient directeur de la tangente en x=−3 ?
Pour f(x)=x3, le taux de variation en x=−2 se simplifie en 12+−6h+h2. Quel est le coefficient directeur de la tangente en x=−2 ?
Problème final. f(x)=x2−4x. Trouve la tangente à sa courbe en x=5, à partir de la définition.
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
f(1)=2 et f′(1)=3. Écris la tangente à la courbe de f en x=1 : entre le membre de droite de y=…
f(2)=−5 et f′(2)=3. Écris la tangente à la courbe de f en x=2 : entre le membre de droite de y=…
f(1)=−4 et f′(1)=−3. Écris la tangente à la courbe de f en x=1 : entre le membre de droite de y=…
Fiche résumé
Tangente
Point (a;f(a)), coefficient f′(a).
y=f(a)+f′(a)(x−a).
Attention : y=f′(a)x manque en général le point.
3. Approximation linéaire et valeur absolue
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
f(x)=x2. Sans calculatrice, comment approcher f(1,01) ?
f(1)+f′(1)×0,01=1,02
f(1)=1
L'idée clé
Près de a, la courbe se confond avec sa tangente.
f(a+h)≈f(a)+f′(a)h pour h proche de 0.
La fonction valeur absolue n'est pas dérivable en 0 : son taux de variation vaut 1 à droite et −1 à gauche.
Exemple corrigé
Approche 4,1.
4,1≈2+40,1
f(x) = √x, f(4) = 2, f'(4) = 1/4.
≈2,025
On calcule.
À toi, guidé
À toi : f(2)=3 et f′(2)=5. Quelle est l'approximation de f(2,1) ?
3,5
3 + 5 × 0,1.
Entraînement ★
f(3)=7 et f′(3)=5. Donne l'approximation affine de f(3+h), en fonction de h.
f(7)=7 et f′(7)=4. Donne l'approximation affine de f(7+h), en fonction de h.
f(8)=6 et f′(8)=2. Donne l'approximation affine de f(8+h), en fonction de h.
Attention !
Entraînement ★★
Quel est le taux de variation de x↦∣x∣ entre 0 et h=−9 ?
−1
1
0
Quel est le taux de variation de x↦∣x∣ entre 0 et h=−2 ?
−1
1
0
f(1)=1 et f′(1)=2. Donne l'approximation de f(1,1) par la tangente.
La fonction x↦∣x∣ est-elle dérivable en 0 ?
Non : les taux à gauche et à droite diffèrent
Oui : elle est continue en 0
Oui : sa dérivée y vaut 0
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
f(3)=7 et f′(3)=5. Donne l'approximation affine de f(3+h), en fonction de h.
f(7)=7 et f′(7)=4. Donne l'approximation affine de f(7+h), en fonction de h.
f(8)=6 et f′(8)=2. Donne l'approximation affine de f(8+h), en fonction de h.
Fiche résumé
Approximation
f(a+h)≈f(a)+f′(a)h.
∣x∣ n'est pas dérivable en 0.
Attention : h doit être petit.
4. La fonction dérivée
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
La courbe violette est celle de y=x3−3x. La droite bleue est sa tangente en x=a. Fais glisser a de −2 à 2 et regarde le coefficient directeur.
La cubique y = x³ − 3x et sa tangente en x = a. La tangente est horizontale en x = −1 et en x = 1, descend entre les deux et monte à l'extérieur.
Entre x=−1 et x=1, la courbe descend. Quel est le signe du coefficient directeur ?
Négatif
Positif
L'idée clé
Calculer f′(a) pour chaque a donne une nouvelle fonction.
La fonction dérivée est f′:x↦f′(x). Là où f croît, f′(x)≥0 ; là où f décroît, f′(x)≤0 ; là où la tangente est horizontale, f′(x)=0.
Exemple corrigé
f(x)=x2−4x. Calcule f′(x).
f(x+h)−f(x)=2xh+h2−4h
On développe et on retranche x² − 4x.
hf(x+h)−f(x)=2x+h−4
On divise par h ≠ 0.
f′(x)=2x−4
h tend vers 0. Vérification : f' = 0 en x = 2, au sommet.
À toi, guidé
À toi : f(x)=x2+6x.
hf(x+h)−f(x)=2x+h+6
Mêmes étapes.
f′(x)=2x+6
h tend vers 0.
Entraînement ★
Voici la courbe de y=f(x). Touche le point de la courbe où f′(x)=0.
Voici la courbe de y=f(x). Touche le point de la courbe où f′(x)=0.
f(x)=(x−3)2+3, une parabole de sommet (3;3). Coche toutes les affirmations vraies.
f′(3)=0
f′(x)<0 pour x<3
f′(x)>0 pour x>3
f′(3)=3
f′(x)>0 pour tout x, car f(x)>0
Attention !
Entraînement ★★
f(x)=3x2+8x. Utilise f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x) pour calculer f′(x).
f(x)=3x2+5x. Utilise f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x) pour calculer f′(x).
f(x)=5x2+2x. Utilise f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x) pour calculer f′(x).
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
f(x)=3x2+8x. Utilise f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x) pour calculer f′(x).
f(x)=3x2+5x. Utilise f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x) pour calculer f′(x).
f(x)=5x2+2x. Utilise f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x) pour calculer f′(x).
Fiche résumé
Fonction dérivée
f′(x) est le coefficient directeur de la tangente en x.
f croît : f′≥0. f décroît : f′≤0.
Attention : f′=0 (tangente horizontale) n'est pas f=0 (sur l'axe).
5. Dérivée des puissances, d'un produit par une constante et d'une somme
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
À partir de la définition : (x2)′=2x et (x3)′=3x2. Devine la suite : que vaut (x4)′ ?
4x3
x3
L'idée clé
Ces règles remplacent le calcul de limite.
(xn)′=nxn−1 pour n dans Z ; (x1)′=−x21 ; (x)′=2x1 pour x>0.
(kf)′=kf′ ; (f+g)′=f′+g′ ; la dérivée d'une constante est nulle.
Exemple corrigé
f(x)=5x3−x2+7. Calcule f′(x).
f(x)=5x3−2x−1+7
On écrit la fraction comme une puissance.
f′(x)=15x2+2x−2
Terme à terme ; la constante 7 donne 0.
f′(x)=15x2+x22
On revient à une fraction.
À toi, guidé
À toi : f(x)=4x5+3x−9.
f′(x)=20x4+3
20x⁴, 3 et 0.
Entraînement ★
f(x)=8x5+3x. Calcule f′(x).
f(x)=4x3+6x. Calcule f′(x).
f(x)=6x5+5x. Calcule f′(x).
Attention !
Entraînement ★★
f(x)=x26. Calcule f′(x).
f(x)=x39. Calcule f′(x).
f(x)=3x+8. Calcule f′(x) pour x>0.
f(x)=5x+4. Calcule f′(x) pour x>0.
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
f(x)=8x5+3x. Calcule f′(x).
f(x)=4x3+6x. Calcule f′(x).
f(x)=6x5+5x. Calcule f′(x).
Fiche résumé
Dérivées usuelles
(xn)′=nxn−1 ; écris d'abord racines et fractions comme il faut.
Les constantes multiplicatives restent ; les sommes se séparent.
Attention : avec un exposant négatif, −2−1=−3.
6. Dérivée d'un produit, d'un inverse, d'un quotient