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Dérivation et intégration

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Dérivation avancée

Non commencé

Définitions

En terminale, on dérive des compositions : unu^{n}, eu\mathrm{e}^{u}, ln⁡u\ln u, u\sqrt{u}. La dérivée seconde f′′f'' renseigne sur la convexité : f′′≥0f''\geq 0 ⇒ ff convexe.

Le théorème des accroissements finis relie f(b)−f(a)f(b)-f(a) à f′(c)(b−a)f'(c)(b-a).

Pourquoi ça marche : une fonction associe à chaque xx (du domaine) au plus une image f(x)f(x). Étudier variations, dérivée ou limites, c’est décrire comment f(x)f(x) évolue ; suites et exponentielle/logarithme sont des modèles privilégiés au lycée.

Formules

  • (un)′=nun−1u′(u^n)' = n u^{n-1} u'
  • (eu)′=u′eu(\mathrm{e}^{u})' = u'\mathrm{e}^{u}
  • (ln⁡u)′=u′u(\ln u)' = \frac{u'}{u}
  • f′′≥0⇒f convexef''\ge 0 \Rightarrow f\text{ convexe}

Exemples

Exemple 1

Dérivée de f(x)=e−x2f(x)=\mathrm{e}^{-x^{2}} ?

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : Composition : f′(x)=−2x e−x2f'(x)=-2x\,\mathrm{e}^{-x^{2}}.

Étape 3 : conclure avec −2xe−x2-2x\mathrm{e}^{-x^{2}}.

Résultat

−2xe−x2-2x\mathrm{e}^{-x^{2}}

Exemple 2

Dérivée de f(x)=ln⁡(x2+1)f(x)=\ln(x^{2}+1) ?

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : (ln⁡u)′=u′/u(\ln u)'=u'/u avec u=x2+1u=x^{2}+1 : f′(x)=2xx2+1f'(x)=\frac{2x}{x^{2}+1}.

Étape 3 : conclure avec 2xx2+1\frac{2x}{x^{2}+1}.

Résultat

2xx2+1\frac{2x}{x^{2}+1}

À retenir

Intégration

Non commencé

Définitions

L'intégrale ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x)\,dx mesure l'aire algébrique sous la courbe de ff entre aa et bb. Si FF est une primitive, ∫abf=F(b)−F(a)\int_{a}^{b}f=F(b)-F(a).

Propriétés : linéarité, relation de Chasles, positivité. L'intégration par parties : ∫u′v=[uv]−∫uv′\int u'v=[uv]-\int uv'.

Pourquoi distinguer : le périmètre mesure le contour (unité de longueur), l’aire la surface (unité²), le volume l’espace (unité³). Les formules découlent du découpage ou du produit « base × hauteur » (avec les bons coefficients).

Formules

  • ∫abf(x) dx=F(b)−F(a)\int_a^b f(x)\,dx = F(b)-F(a)
  • ∫ab(αf+βg)=α∫abf+β∫abg\int_a^b (\alpha f+\beta g)=\alpha\int_a^b f+\beta\int_a^b g
  • ∫acf=∫abf+∫bcf\int_a^c f = \int_a^b f + \int_b^c f
  • ∫abu′v=[uv]ab−∫abuv′\int_a^b u'v = [uv]_a^b - \int_a^b u v'

Exemples

Exemple 1

Calcule ∫01x2 dx\int_{0}^{1} x^{2}\,dx.

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : [x33]01=13\left[\frac{x^{3}}{3}\right]_{0}^{1}=\frac{1}{3}.

Étape 3 : conclure avec 13\frac{1}{3}.

Résultat

13\frac{1}{3}

Exemple 2

Calcule ∫0πsin⁡x dx\int_{0}^{\pi}\sin x\,dx.

Méthode

On lit l’énoncé : Calcule ∫0πsin⁡x dx\int_{0}^{\pi}\sin x\,dx. On mobilise la relation utile de la fiche (notamment ∫abf(x) dx=F(b)−F(a)\int_a^b f(x)\,dx = F(b)-F(a)). On calcule soigneusement jusqu’à 22, puis on vérifie l’ordre de grandeur.

Résultat

22

À retenir

Primitives

Non commencé

Définitions

Une primitive de ff sur un intervalle II est une fonction FF dérivable telle que F′=fF'=f. Les primitives diffèrent d'une constante.

On lit les formules « à l'envers » des dérivées usuelles ; formes u′unu'u^{n} et u′/uu'/u sont centrales.

Pourquoi ça marche : une fonction associe à chaque xx (du domaine) au plus une image f(x)f(x). Étudier variations, dérivée ou limites, c’est décrire comment f(x)f(x) évolue ; suites et exponentielle/logarithme sont des modèles privilégiés au lycée.

Formules

  • ∫xn dx=xn+1n+1+C (n≠−1)\int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1}+C\ (n \neq -1)
  • ∫ex dx=ex+C\int \mathrm{e}^{x}\,dx = \mathrm{e}^{x}+C
  • ∫1x dx=ln⁡∣x∣+C\int \frac{1}{x}\,dx = \ln|x|+C
  • ∫u′u dx=ln⁡∣u∣+C\int \frac{u'}{u}\,dx = \ln|u|+C

Exemples

Exemple 1

Une primitive de 3x23x^{2} ?

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : (x3)′=3x2(x^{3})'=3x^{2}, donc x3x^{3} (plus constante) est une primitive.

Étape 3 : conclure avec x3+Cx^{3}+C.

Résultat

x3+Cx^{3}+C

Exemple 2

Primitive de 2xx2+1\frac{2x}{x^{2}+1} ?

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : Forme u′/uu'/u avec u=x2+1u=x^{2}+1 : ln⁡(x2+1)+C\ln(x^{2}+1)+C.

Étape 3 : conclure avec ln⁡(x2+1)+C\ln(x^{2}+1)+C.

Résultat

ln⁡(x2+1)+C\ln(x^{2}+1)+C

À retenir