Aller au contenu
Topos Uranos

Résumé

Cette leçon ouvre l’unité sur les dérivées. Elle présente le parcours de l’unité, qui définit la dérivée comme la limite du taux d’accroissement, l’écrit comme une factorisation avec un facteur continu, celle de Carathéodory, et en tire, sans jamais diviser par des quantités qui peuvent s’annuler, les règles de dérivation, la règle de dérivation en chaîne et la dérivée de la fonction réciproque, jusqu’aux dérivées successives, à la différentielle et aux taux de variation. Elle reconstruit l’histoire de la dérivée, depuis la méthode de Fermat pour les tangentes jusqu’à la définition de Cauchy, en passant par les fluxions de Newton, la notation de Leibniz, la critique de Berkeley et le programme de Lagrange, qui donna à la dérivée son nom et sa notation ; elle formule le problème à son origine, la tangente à une courbe quelconque et la vitesse à un instant, et montre sur un exemple comment la factorisation remplace la division par un accroissement nul. Elle se termine en indiquant où les dérivées interviennent dans l’unité qui suit, dans d’autres cours du site et dans la science et la technique.

Objectifs d’apprentissage

  1. Décrire le parcours de l’unité et expliquer ce que démontre chaque leçon et de quels résultats antérieurs elle se sert.
  2. Expliquer pourquoi la tangente à une courbe quelconque et la vitesse instantanée exigent de définir la dérivée comme une limite, et pourquoi la factorisation de Carathéodory permet de démontrer les règles sans diviser par des quantités qui peuvent s’annuler.
  3. Situer dans leur contexte historique les stades de la notion de dérivée, depuis la méthode de Fermat jusqu’à la définition de Cauchy, et identifier le problème ou la critique qui a suscité chacun d’eux.
  4. Indiquer où interviennent les dérivées dans l’unité qui suit, dans d’autres cours et dans des applications scientifiques et techniques.

Évaluation d’entrée

Avant de parcourir l’unité, il convient de mesurer le point de départ. Cette auto-évaluation n’est pas notée : elle sert à savoir où s’attarder. Les neuf premières questions portent, dans l’ordre, sur les neuf leçons de contenu de l’unité, une pour chacune, et mesurent une habileté de calcul ou de raisonnement, non un énoncé dont on se souvient ; les mêmes habiletés sont mesurées de nouveau à la fin, dans la leçon de synthèse, avec d’autres données. Les cinq dernières vérifient ce que cette unité tient pour acquis de l’unité qui précède et d’Algèbre et géométrie I et II : une limite trigonométrique, une limite remarquable de l’exponentielle, le petit o⁡\operatorname{o}, la fonction réciproque et le cosinus de l’arc sinus.

Évaluation d’entrée

Avant de commencer l’unité, mesurez votre point de départ. C’est une autoévaluation brève : elle n’est pas notée et son résultat n’est conservé que dans votre navigateur.

  1. Question 1La fonction f(x)=12x+1f(x) = \frac{1}{2x + 1} est définie en 00. À partir de la définition de la dérivée, quelle est la tangente à sa courbe au point (0,1)(0, 1) ?

  2. Question 2Calculer la dérivée de f(x)=x2+5x−1f(x) = \frac{x^2 + 5}{x - 1} en 33.

  3. Question 3Calculer la dérivée de f(x)=excos⁡xf(x) = e^x \cos x en π4\frac{\pi}{4}.

  4. Question 4Calculer la dérivée de f(x)=cos⁡2(2x)f(x) = \cos^2(2x) en π8\frac{\pi}{8}.

  5. Question 5Sur lequel de ces intervalles le théorème de Bolzano assure-t-il que l’équation x3+2x=5x^3 + 2x = 5 a une solution ?

  6. Question 6La fonction f(x)=x5+xf(x) = x^5 + x est continue et strictement croissante sur R\mathbb{R}. Que vaut (f−1)′(2)\left(f^{-1}\right)'(2) ?

  7. Question 7Calculer la dérivée de F(x)=(x2+1)xF(x) = \left(x^2 + 1\right)^x en 11.

  8. Question 8Calculer la dérivée d’ordre 55 de f(x)=xe2xf(x) = x e^{2x} en 00.

  9. Question 9Un rectangle conserve son aire de 66 centimètres carrés tandis que sa base croît à raison de 33 centimètres par seconde. À quelle vitesse sa hauteur varie-t-elle à l’instant où la base mesure 22 centimètres ?

  10. Question 10Des unités précédentesCalculer lim⁡h→0cos⁡h−1h\lim_{h \to 0} \frac{\cos h - 1}{h}.

  11. Question 11Des unités précédentesCalculer lim⁡h→0e−2h−1h\lim_{h \to 0} \frac{e^{-2h} - 1}{h}.

  12. Question 12Des unités précédentesLaquelle de ces fonctions est un o⁡(h)\operatorname{o}(h) quand h→0h \to 0 ?

  13. Question 13Des unités précédentesSi f(x)=2x3+3f(x) = 2x^3 + 3, que vaut f−1(19)f^{-1}(19) ?

  14. Question 14Des unités précédentesQue vaut cos⁡(arcsin⁡(−35))\cos\left(\arcsin\left(-\frac{3}{5}\right)\right) ?