Aller au contenu

Leçon 5

Dérivée d'une somme et d'un produit

Vidéo 5 : Dérivée d'une somme et d'un produit · 4 min 27 s · sous-titres en français

Le cours écrit

Dans toute cette leçon, uu et vv sont deux fonctions dérivables sur un intervalle II.

5.1 Somme

Propriété. La fonction u+vu + v est dérivable sur II, et (u+v)′=u′+v′(u + v)' = u' + v'.

En effet, le taux de variation de la somme est la somme des deux taux : (u+v)(a+h)−(u+v)(a)h=u(a+h)−u(a)h+v(a+h)−v(a)h.\frac{(u + v)(a + h) - (u + v)(a)}{h} = \frac{u(a + h) - u(a)}{h} + \frac{v(a + h) - v(a)}{h}. Quand hh se rapproche de 00, il se rapproche de u′(a)+v′(a)u'(a) + v'(a).

5.2 Produit par un nombre

Propriété. Si kk est un nombre fixé, la fonction kuku est dérivable sur II, et (ku)′=k u′(ku)' = k\,u'.

Le taux de variation est simplement multiplié par kk.

Exemple 13. (5x2)′=5×2x=10x(5x^2)' = 5 \times 2x = 10x. Et pour x>0x > 0, (7x)′=7×(−1x2)=−7x2\left(\dfrac{7}{x}\right)' = 7 \times \left(-\dfrac{1}{x^2}\right) = -\dfrac{7}{x^2}.

Exemple 14 (une trottinette). Pour un trajet de 66 kilomètres à la vitesse vv, en kilomètres par heure, la durée en minutes est t(v)=360vt(v) = \dfrac{360}{v}. On a t(20)=18t(20) = 18 et t′(v)=−360v2t'(v) = -\dfrac{360}{v^2}, donc t′(20)=−0,9t'(20) = -0{,}9. À 2020 kilomètres par heure, un kilomètre par heure de plus fait gagner environ 0,90{,}9 minute.

5.3 Polynômes

Ces deux règles permettent de dériver un polynôme terme à terme.

Exemple 15. Si f(x)=3x2−5x+2f(x) = 3x^2 - 5x + 2, alors f′(x)=6x−5f'(x) = 6x - 5. Si g(x)=x3−2x2+4x−1g(x) = x^3 - 2x^2 + 4x - 1, alors g′(x)=3x2−4x+4g'(x) = 3x^2 - 4x + 4.

Second degré. Si f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2 + bx + c, alors f′(x)=2ax+bf'(x) = 2ax + b.

Exemple 16 (tangente horizontale). Soit f(x)=x2−4x+1f(x) = x^2 - 4x + 1. On a f′(x)=2x−4f'(x) = 2x - 4. La tangente est horizontale quand f′(x)=0f'(x) = 0, soit x=2x = 2 : c'est le point (2 ;−3)(2\,;-3). Au point d'abscisse 33 : f(3)=−2f(3) = -2 et f′(3)=2f'(3) = 2, donc la tangente a pour équation y=2x−8y = 2x - 8.

5.4 Produit

Imaginons un rectangle de côtés uu et vv, d'aire u×vu \times v. Pendant un petit déplacement hh, le côté uu grandit d'environ u′hu'h, et le côté vv d'environ v′hv'h. L'aire gagne une bande u′h×vu'h \times v, une bande u×v′hu \times v'h et un tout petit coin. Divisée par hh, cette augmentation se rapproche de u′v+uv′u'v + uv'.

Propriété. La fonction uvuv est dérivable sur II, et (uv)′=u′v+uv′(uv)' = u'v + uv'.

Démonstration (à connaître). Soit aa dans II et hh non nul tel que a+ha + h soit dans II. On ajoute et on retire le même terme u(a) v(a+h)u(a)\,v(a + h) : u(a+h) v(a+h)−u(a) v(a)=[u(a+h)−u(a)] v(a+h)+u(a) [v(a+h)−v(a)].u(a + h)\,v(a + h) - u(a)\,v(a) = \big[u(a + h) - u(a)\big]\,v(a + h) + u(a)\,\big[v(a + h) - v(a)\big]. En divisant par hh, le taux de variation de uvuv vaut u(a+h)−u(a)h×v(a+h)+u(a)×v(a+h)−v(a)h.\frac{u(a + h) - u(a)}{h} \times v(a + h) + u(a) \times \frac{v(a + h) - v(a)}{h}. Quand hh se rapproche de 00, le premier quotient se rapproche de u′(a)u'(a) et le second de v′(a)v'(a). De plus, comme v(a+h)=v(a)+h×v(a+h)−v(a)h,v(a + h) = v(a) + h \times \frac{v(a + h) - v(a)}{h}, v(a+h)v(a + h) se rapproche de v(a)v(a). Le taux se rapproche donc de u′(a) v(a)+u(a) v′(a)u'(a)\,v(a) + u(a)\,v'(a). ■\blacksquare

5.5 Exemples

Exemple 17. Soit f(x)=(2x+1)(x2−3)f(x) = (2x + 1)(x^2 - 3). On pose u(x)=2x+1u(x) = 2x + 1, u′(x)=2u'(x) = 2, v(x)=x2−3v(x) = x^2 - 3, v′(x)=2xv'(x) = 2x. Alors f′(x)=2(x2−3)+(2x+1)×2x=6x2+2x−6.f'(x) = 2(x^2 - 3) + (2x + 1) \times 2x = 6x^2 + 2x - 6. Vérification : f(x)=2x3+x2−6x−3f(x) = 2x^3 + x^2 - 6x - 3, dont la dérivée est bien 6x2+2x−66x^2 + 2x - 6.

Exemple 18. Soit f(x)=xxf(x) = x\sqrt{x} sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. Avec u(x)=xu(x) = x et v(x)=xv(x) = \sqrt{x} : f′(x)=1×x+x×12x=x+x2=32x,f'(x) = 1 \times \sqrt{x} + x \times \frac{1}{2\sqrt{x}} = \sqrt{x} + \frac{\sqrt{x}}{2} = \frac32\sqrt{x}, car x2x=x×x2x=x2\dfrac{x}{2\sqrt{x}} = \dfrac{\sqrt{x} \times \sqrt{x}}{2\sqrt{x}} = \dfrac{\sqrt{x}}{2}.

Exemple 19 (un carré). Soit f(x)=(3x−2)2=(3x−2)(3x−2)f(x) = (3x - 2)^2 = (3x - 2)(3x - 2). Avec u=vu = v et u′(x)=3u'(x) = 3 : f′(x)=3(3x−2)+(3x−2)×3=18x−12.f'(x) = 3(3x - 2) + (3x - 2) \times 3 = 18x - 12. Vérification : f(x)=9x2−12x+4f(x) = 9x^2 - 12x + 4, dont la dérivée est bien 18x−1218x - 12.

5.6 Le piège

Attention. La dérivée d'un produit n'est pas le produit des dérivées. Contre-exemple : avec u(x)=xu(x) = x et v(x)=xv(x) = x, le produit vaut x2x^2, de dérivée 2x2x, alors que u′(x) v′(x)=1×1=1u'(x)\,v'(x) = 1 \times 1 = 1.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 9 et 10

  • Exercice 9 : dériver, et une démonstration
  • Exercice 10 : tangentes, et une patinoire

Exercices du chapitre (PDF, 119 Ko)

Corrigés

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

Corrigés du chapitre (PDF, 136 Ko)

Tu es hors connexion. Les chapitres téléchargés restent disponibles dans Hors connexion.