Dérivabilité , Monotonie, Théorème de Rolle, Théorème des accroissements finis, Taylor-Lagrange
Dérivabilité, Monotonie, Théorème de Rolle, Théorème des accroissements finis, Taylor-Lagrange.
1−Fonctiondeˊrivable ∙Deˊfinition Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert de centre x0, on dit que f est deˊrivable en x0 si φ:h⟶hf(x0+h)−f(x0) admet une limite lorsque h⟶0. Lorsque cette limite existe elle est notée f′(x0) ou dxdf(x0) et s'appelle le nombre dérivé en x0. ∙Theˊoreˋme Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert de centre x0, si f est dérivable en x0 alors f est continue en x0. ∙∙Deˊfinition Soit f une fonction définie sur un intervalle du type ]x0−α;x0] (respectivement [x0;x0+α]) où α>0, on dit que f est deˊrivableaˋgauche (respectivement aˋdroite) en x0 si φ:h⟶hf(x0+h)−f(x0) admet une limite lorsque h⟶0− (respectivement h⟶0+) de f en x0. Lorsque cette limite existe elle est notée fg′(x0) ou (dxdf)g(x0) (respectivement fd′(x0) ou (dxdf)d(x0)) et s'appelle le nombre dérivé à gauche (respectivement à droite). ∙∙Theˊoreˋme Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert de centre x0. On dit que f est deˊrivable en x0 si et seulement si f admet, en x0, un nombre dérivé à gauche et un nombre dérivé à droite égaux. ∙∙∙Theˊoreˋme Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert de centre x0. Soit g une fonction définie sur un intervalle ouvert contenant f(x0) et dérivable en f(x0). Dans ce cas, on dit que g∘f est dérivable en x0, et : (g∘f)′(x0)=g′(f(x0))×f′(x0) où dxdg∘f(x0)=dxdg(f(x0))×dxdf(x0) ∙∙∙∙Theˊoreˋme Soit f et g deux fonctions définies sur un intervalle ouvert de centre x0. Dans ce cas f±g et fg sont dérivable en x0 et on a : ↬(f±g)′(x0)=f′(x0)+g′(x0) ↬(fg)′(x0)=f′(x0)g(x0)+f(x0)g′(x0) ↬ si f(x0)=0 alors f1 est définie dans un intervalle ouvert de centre x0 et f1 est dérivable en x0 avec (f1)′(x0)=−(f(x0))2f′(x0) ↬ si g(x0)=0 alors gf est définie dans un intervalle ouvert de centre x0 et gf est dérivable en x0 avec (ff)′(x0)=(g(x0))2f′(x0)g(x0)−f(x0)g′(x0) ∙∙∙∙∙Theˊoreˋme Soit f une fonction dérivable et strictement sur un intervalle ouvert I. Sa bijection réciproque Rf (où f−1) est dérivable en tout point y0=f(x0) de f(I) tel que f′(x0)=0 et Rf′(y0)=f′(x0)1=f′(Rf(y0))1 Si f′ ne s'annule pas sur un intervalle J, inclus dans I, alors Rf est dérivable sur f(J). ∙∙∙∙∙∙Theˊoreˋme Soit f une fonction continue sur [a;b] et dérivable sur ]a;b[. Si x⟶ax>alimf′(x)=+∞ alors x⟶ax>alimx−af(x)−f(a)=+∞. 2−Deˊriveˊessuccessives ∙Deˊfinition Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert I. On note f(0)=f et f(1)=f′. Pour n⩾1, si f(n−1) est dérivable sur I, alors on définit la n-ième dérivée de f par : f(n)=(f(n−1))′. Soit n∈N. On dit que f est de classeCn sur I si f(n) existe et est continue sur l'intervalle I. On dit que f est de classeC∞ sur I si f est de classe Cn sur I pour tout n∈N. Ceci est équivalent à dire que f(n) existe pour tout n∈N. ∙Theˊoreˋme:formuledeLeibniz Soit n∈N. Soit f et g deux fonctions définies sur un intervalle ouvert I admettant des dérivées n-ième sur I. Le projet fg admet une dérivée n-ième sur I dont l'expression est donnée par : (fg)(n)=k=0∑nCnkf(k)g(n−k) Avec : Cnk=(kn)=k!(n−k)!n!. ∙∙Theˊoreˋme Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert I. Soit g une fonction définie sur un intervalle ouvert J contenant f(I). Soit n∈N. Si f est de classe Cn sur I et g de classe Cn sur J alors g∘f est de classe Cn sur I. ∙∙Deˊfinition Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert I. Soit n∈N. On dit que f est un Cndiffeˊomorphisme si f est une bijection et si f et Rf sont de classe Cn. ∙∙∙Theˊoreˋme Soit f une bijection sur un intervalle ouvert I. Soit n∈N. La bijection f est un Cndiffeˊomorphisme si et seulement si f est de classe Cnetf′ ne s'annule pas sur I. 3−TheˊoreˋmedeRolle&Theˊoreˋmedesaccroissementsfinis ∙TheˊoreˋmedeRolle Soit f une fonction continue sur l'intervalle [a;b], dérivable sur ]a;b[, telle f(a)=f(b). Il existe un réel c appartenant à ]a;b[ tel que f′(c)=0. Ceci s'illustre par :
∙∙Theˊoreˋmedesaccroissementsfinis Soit f une fonction continue sur l'intervalle [a;b], dérivable sur ]a;b[. Il existe un réel c appartenant à ]a;b[ tel que : f(b)−f(a)=(ba)f′(c) Ceci s'illustre par :
Le fait d'introduire la pente moyenne permet également d'écrire que : f′(c)=b−a1∫abf′(x)dx=f′ˉ[a;b] ∙∙∙Theˊoreˋmedel′ineˊgaliteˊdesaccroissementsfinis Soit f une fonction continue sur l'intervalle [a;b], dérivable sur ]a;b[, tel que a<b. S'il existe deux nombres réels m et M tels que ∀x∈]a;b[,m⩽f′(x)⩽M alors m(b−a)⩽f(b)−f(a)⩽M(b−a) De plus, s'il existe un nombre réel k tel que ∀x∈]a;b[,∣f′(x)∣⩽k alors ∣f(b)−f(a)∣⩽k(b−a) Dans ce cas, on dit que f est k−lipschitzienne. 4−TheˊoreˋmedeTaylor&Lagrange Soit n un nombre entier naturel non nul. Soit f une fonction de classe Cn sur l'intervalle I=[a;b] et qui admet une dérivées d'ordre n+1. Il existe un nombre réel c qui appartient à l'intervalle ]a;b[ tel que : f(b)=f(a)+k=1∑nk!(b−a)kf(k)(a)+(n+1)!(b−a)n+1f(n+1)(c) 5−Monotonieetdeˊrivabiliteˊ ∙Theˊoreˋme Soit f une fonction définie sur un intervalle ouvert I. La fonction f est constante sur I si, et seulement si, sa fonction dérivée f′ est nulle sur I. La fonction f est croissante sur I si, et seulement si, sa fonction dérivée f′ est positive sur I. La fonction f est décroissante sur I si, et seulement si, sa fonction dérivée f′ est négative sur I. ∙∙Theˊoreˋme Soit f une fonction dérivable sur un intervalle ouvert I. Si f′ est strictement positive (respectivement négative) sur I sauf éventuellement en un nombre fini de points où elle s'annule, alors f est strictement croissante (respectivement décroissante) sur l'intervalle I. 6−Deˊriveˊesusuelles Si f(x)=xp alors f′(x)=pxp−1 sur le domaine R+⋆ avec p∈R Si f(x)=ex alors f′(x)=ex sur le domaine R Si f(x)=ln(∣x∣) alors f′(x)=x1 sur le domaine R⋆ Si f(x)=cosh(x) alors f′(x)=sinh(x) sur le domaine R Si f(x)=sinh(x) alors f′(x)=cosh(x) sur le domaine R Si f(x)=tanh(x) alors f′(x)=cosh2(x)1=1−tanh2(x) sur le domaine R Si f(x)=cotanh(x) alors f′(x)=−sinh2(x)1=1−cotanh2(x) sur le domaine R⋆ Si f(x)=cos(x) alors f′(x)=−sin(x) sur le domaine R Si f(x)=sin(x) alors f′(x)=cos(x) sur le domaine R Si f(x)=tan(x) alors f′(x)=cos2(x)1=1+tan2(x) pour x=2πmod[π] Si f(x)=cotan(x) alors f′(x)=−sin2(x)1=−1−cotan2(x) pour x=πmod[π] Si f(x)=argsinh(x) alors f′(x)=1+x21 sur le domaine R Si f(x)=argcosh(x) alors f′(x)=x2−11 sur le domaine ]1;+∞[ Si f(x)=argtanh(x) alors f′(x)=1−x21 sur le domaine ]−1;1[ Si f(x)=argcotanh(x) alors f′(x)=1−x21 sur le domaine ]−∞;−1[∪]1;+∞[ Si f(x)=arcsin(x) alors f′(x)=1−x21 sur le domaine ]−1;1[ Si f(x)=arccos(x) alors f′(x)=−1−x21 sur le domaine ]−1;1[ Si f(x)=arctan(x) alors f′(x)=1+x21 sur le domaine R Si f(x)=arccotan(x) alors f′(x)=−1+x21 sur le domaine R