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Dérivabilité

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Définition : $f$ est dérivable en $a$ si $\lim_{x \to a} \frac{f(x)-f(a)}{x-a} = f'(a) \in \mathbb{R}$.
  • Tangente : L'équation est $y = f'(a)(x-a) + f(a)$.
  • Opérations : $(f+g)' = f'+g'$, $(fg)' = f'g+fg'$, $(f/g)' = \frac{f'g-fg'}{g^2}$.
  • Composée : $(g \circ f)'(x) = f'(x) \cdot g'(f(x))$.
  • Réciproque : Si $f$ est dérivable et strictement monotone, $(f^{-1})'(y) = \frac{1}{f'(f^{-1}(y))}$.

Méthodes à maîtriser

  • Étudier la dérivabilité à droite et à gauche pour les points de raccordement.
  • Utiliser le taux d'accroissement pour lever les indéterminations.
  • Appliquer le théorème des accroissements finis (TAF) pour encadrer des valeurs.
  • Déterminer la concavité via le signe de $f''(x)$.

Exemples corrigés

  • Dérivabilité : Soit $f(x) = |x-1|$. En $x=1$, $\lim_{x \to 1^+} \frac{x-1-0}{x-1} = 1$ et $\lim_{x \to 1^-} \frac{-(x-1)-0}{x-1} = -1$. $f$ n'est pas dérivable en 1.
  • Réciproque : $f(x) = x^3+x$. $f'(x) = 3x^2+1 > 0$. Donc $f^{-1}$ est dérivable. $(f^{-1})'(2) = \frac{1}{f'(f^{-1}(2))} = \frac{1}{f'(1)} = \frac{1}{4}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de vérifier la continuité avant la dérivabilité.
  • Confusion entre $f'(x)$ et $f^{-1}(x)$.
  • Oublier le signe de $g^2$ au dénominateur dans $(f/g)'$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Dérivabilité

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La dérivée de $f(x) = \ln(x^2)$ est :

❓ Questions fréquentes

Comment savoir si une fonction est dérivable en un point a ?
  1. Calcule la limite du taux d'accroissement : $\lim_{x \to a} \frac{f(x)-f(a)}{x-a}$.
  2. Si la limite est un nombre réel fini $L$, alors $f$ est dérivable en $a$ et $f'(a) = L$.
  3. Si la limite est $\pm \infty$, la fonction n'est pas dérivable en $a$ (tangente verticale).

💡 À retenir : La dérivabilité implique toujours la continuité, mais l'inverse est faux.

kifach n7seb l-dérivé dyal fonction composée f(g(x)) ?
  1. Tu dérives la fonction extérieure $f$ en gardant $g(x)$ à l'intérieur.
  2. Tu multiplies le tout par la dérivée de la fonction intérieure $g'(x)$.
  3. Formule : $(f \circ g)'(x) = g'(x) \cdot f'(g(x))$.

💡 À retenir : Ne jamais oublier de multiplier par $g'(x)$, c'est l'erreur la plus courante.

C'est quoi un point d'inflexion ?
  1. C'est un point où la courbe traverse sa tangente.
  2. Mathématiquement, c'est un point où la dérivée seconde $f''(x)$ s'annule en changeant de signe.

💡 À retenir : Si $f''(x) = 0$ mais ne change pas de signe, ce n'est pas un point d'inflexion.

chno hiya l-3ala9a bin l-dérivabilité w l-ittisal ?
  1. Ila kant $f$ dérivable f $a$, rah darouri tkoun mettsla (continue) f $a$.
  2. Ila kant $f$ machi mettsla f $a$, rah mosta7il tkoun dérivable f $a$.
  3. L-3aks machi dima s7i7 (ex: $f(x)=|x|$ mettsla f 0 walakin machi dérivable f 0).

💡 À retenir : Dérivabilité $\implies$ Continuité.

Comment utiliser le théorème de Rolle ?
  1. Vérifie que $f$ est continue sur $[a, b]$ et dérivable sur $]a, b[$.
  2. Vérifie que $f(a) = f(b)$.
  3. Alors, il existe au moins un $c \in ]a, b[$ tel que $f'(c) = 0$.

💡 À retenir : C'est un outil puissant pour prouver l'existence de racines de la dérivée.

kifach n3ref wach l-man7ana fo9 awla te7t l-mamas ?
  1. Étudie le signe de $f(x) - T(x)$ où $T(x)$ est l'équation de la tangente.
  2. Si $f(x) - T(x) \geq 0$, la courbe est au-dessus.
  3. Si $f(x) - T(x) \leq 0$, la courbe est en dessous.

💡 À retenir : La position relative dépend du signe de la dérivée seconde $f''(x)$ (concavité).

Comment dériver une fonction réciproque f^{-1} ?
  1. Assure-toi que $f$ est dérivable et strictement monotone sur l'intervalle.
  2. Utilise la formule : $(f^{-1})'(y) = \frac{1}{f'(x)}$ avec $y = f(x)$.
  3. Calcule $x$ tel que $f(x) = y$ avant d'appliquer la formule.

💡 À retenir : La dérivée de la réciproque est l'inverse de la dérivée de la fonction directe.

Est-ce que la dérivée d'une fonction paire est impaire ?
  1. Oui, si $f$ est dérivable et paire, alors $f(-x) = f(x)$.
  2. En dérivant les deux côtés : $-f'(-x) = f'(x)$, donc $f'(-x) = -f'(x)$.
  3. $f'$ est donc impaire.

💡 À retenir : La dérivée d'une fonction paire est toujours impaire.

Pourquoi on dit que la dérivée est une approximation affine ?
  1. Au voisinage de $a$, $f(x) \approx f(a) + f'(a)(x-a)$.
  2. C'est l'équation de la tangente.
  3. On remplace une courbe complexe par une droite locale.

💡 À retenir : C'est très utile pour les calculs approchés en physique.

Comment étudier la dérivabilité à droite et à gauche ?
  1. Calcule $\lim_{x \to a^+} \frac{f(x)-f(a)}{x-a} = f'_d(a)$.
  2. Calcule $\lim_{x \to a^-} \frac{f(x)-f(a)}{x-a} = f'_g(a)$.
  3. Si $f'_d(a) = f'_g(a)$, alors $f$ est dérivable. Sinon, il y a un point anguleux.

💡 À retenir : Le point anguleux signifie deux demi-tangentes différentes.

C'est quoi la dérivée seconde ?
  1. C'est la dérivée de la fonction dérivée $f'$.
  2. Elle renseigne sur la courbure (concavité) de la fonction.
  3. $f''(x) > 0$ signifie que la courbe est convexe (tournée vers le haut).

💡 À retenir : $f''$ est l'accélération si $f$ est la position.

Est-ce qu'une fonction peut être dérivable sans être continue ?
  1. Non, c'est impossible.
  2. La définition même de la dérivabilité impose la limite du taux d'accroissement, ce qui force la continuité.

💡 À retenir : La continuité est une condition nécessaire mais pas suffisante pour la dérivabilité.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $f$ la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par $f(x) = x|x|$.

  1. Étudier la dérivabilité de $f$ en $0$.
  2. Déterminer la fonction dérivée $f'$ sur $\mathbb{R}$.
  3. La fonction $f$ est-elle deux fois dérivable en $0$ ?
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Exercice 2

Soit $f(x) = \sqrt{x^2+1}$. Montrer que pour tout $x \in \mathbb{R}$, $f'(x) = \frac{x}{\sqrt{x^2+1}}$. En déduire la dérivée de $g(x) = \sqrt{\sin^2(x)+1}$.

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Exercice 3

Soit $f(x) = x^3 + 3x - 1$.

  1. Montrer que $f$ admet une fonction réciproque $f^{-1}$ définie sur un intervalle $J$ à préciser.
  2. Calculer $(f^{-1})'(3)$.
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