Calculs de dérivées et de différentielles : Mise en pratique épisode 2 - Exercice 1

1 h
90
Un exercice pour travailler sa maîtrise de la dérivation fonctionnelle.
Pour chacune des fonction ff qui vous sont proposées, déterminer la fonction dérivée f′f' ainsi que la différentielle dfdf.
Question 1

Soit x∈[−2 ; 2]⟼f(x)=1+xcos⁡(x)1+xsin⁡(x)x \in [-2\,;\,2] \longmapsto f(x) = \sqrt{\dfrac{1+x\cos(x)}{1+x\sin(x)}} .

Correction
On a :
f′(x)=(1+xcos⁡(x)1+xsin⁡(x))′=(1+xcos⁡(x)1+xsin⁡(x))′21+xcos⁡(x)1+xsin⁡(x)f'(x) = \left( \sqrt{\dfrac{1+x\cos(x)}{1+x\sin(x)}} \right)' = \dfrac{\left( \dfrac{1+x\cos(x)}{1+x\sin(x)} \right)'}{2\sqrt{\dfrac{1+x\cos(x)}{1+x\sin(x)}}}
Soit :
f′(x)=12×(xcos⁡(x))′(1+xsin⁡(x))−(1+xcos⁡(x))(xsin⁡(x))′(1+xsin⁡(x))2×1+xsin⁡(x)1+xcos⁡(x)f'(x) = \dfrac{1}{2} \times \dfrac{(x\cos(x))'(1+x\sin(x))-(1+x\cos(x))(x\sin(x))'}{(1+x\sin(x))^2} \times\sqrt{\dfrac{1+x\sin(x)}{1+x\cos(x)}}
Donc :
f′(x)=12×(cos⁡(x)−xsin⁡(x))(1+xsin⁡(x))−(1+xcos⁡(x))(sin⁡(x)+xcos⁡(x))(1+xsin⁡(x))2×1+xsin⁡(x)1+xcos⁡(x)f'(x) = \dfrac{1}{2} \times \dfrac{(\cos(x) - x\sin(x))(1+x\sin(x))-(1+x\cos(x))(\sin(x) + x\cos(x))}{(1+x\sin(x))^2} \times\sqrt{\dfrac{1+x\sin(x)}{1+x\cos(x)}}
Notons N=(cos⁡(x)−xsin⁡(x))(1+xsin⁡(x))−(1+xcos⁡(x))(sin⁡(x)+xcos⁡(x))N = (\cos(x) - x\sin(x))(1+x\sin(x))-(1+x\cos(x))(\sin(x) + x\cos(x)). En développant, on obtient :
N=cos⁡(x)+xcos⁡(x)sin⁡(x)−xsin⁡(x)−x2sin⁡2(x)−sin⁡(x)−xcos⁡(x)−xcos⁡(x)sin⁡(x)−x2cos⁡2(x)N = \cos(x) + x\cos(x)\sin(x) - x \sin(x) - x^2\sin^2(x) - \sin(x) - x \cos(x) - x\cos(x)\sin(x) - x^2\cos^2(x)
Ce qui s'écrit également :
N=−(x+1)sin⁡(x)−(x−1)cos⁡(x)−x2(sin⁡2(x)+cos⁡2(x))=−(x+1)sin⁡(x)−(x−1)cos⁡(x)−x2N = -(x+1)\sin(x) - (x-1)\cos(x) - x^2\left( \sin^2(x) + \cos^2(x) \right) = -(x+1)\sin(x) - (x-1)\cos(x) - x^2
Soit encore :
N=−((x+1)sin⁡(x)+(x−1)cos⁡(x)+x2)N = - \left( (x+1)\sin(x) + (x-1)\cos(x) + x^2 \right)
Donc l'expression de f′(x)f'(x) devient :
f′(x)=−12×(x+1)sin⁡(x)+(x−1)cos⁡(x)+x2(1+xsin⁡(x))2×1+xsin⁡(x)1+xcos⁡(x)f'(x) = -\dfrac{1}{2} \times \dfrac{(x+1)\sin(x) + (x-1)\cos(x) + x^2}{(1+x\sin(x))^2} \times\sqrt{\dfrac{1+x\sin(x)}{1+x\cos(x)}}
Finalement, on obtient :
f′(x)=−(x+1)sin⁡(x)+(x−1)cos⁡(x)+x22(1+xsin⁡(x))321+xcos⁡(x){\color{red}{\boxed{ f'(x) = - \dfrac{(x+1)\sin(x) + (x-1)\cos(x) + x^2}{2(1+x\sin(x))^\frac{3}{2} \sqrt{1+x\cos(x)}} }}}
On a alors :
f′(x)=dfdx(x)f'(x) = \dfrac{df}{dx}(x)
En faisant usage de l'écriture de LeibnizLeibniz, on peut donc écrire que :
df(x)=f′(x) dxdf(x) = f'(x) \, dx
Ainsi, la différentielle de ff est donnée par l'expression suivante :
df(x)=−(x+1)sin⁡(x)+(x−1)cos⁡(x)+x22(1+xsin⁡(x))321+xcos⁡(x) dx{\color{red}{\boxed{df(x) = - \dfrac{(x+1)\sin(x) + (x-1)\cos(x) + x^2}{2(1+x\sin(x))^\frac{3}{2} \sqrt{1+x\cos(x)}} \, dx}}}
Question 2

Soit x∈[−1 ; 1]⟼f(x)=cos⁡(x)π+x2cos⁡(x3)x \in [-1\,;\,1] \longmapsto f(x) = \sqrt{\dfrac{\cos(x)}{\pi + x^2\cos(x^3)}} .

Correction
On a :
f′(x)=(cos⁡(x)π+x2cos⁡(x3))′=(cos⁡(x)π+x2cos⁡(x3))′2cos⁡(x)π+x2cos⁡(x3)=12(cos⁡(x)π+x2cos⁡(x3))′π+x2cos⁡(x3)cos⁡(x)f'(x) = \left( \sqrt{\dfrac{\cos(x)}{\pi + x^2\cos(x^3)}} \right)' = \dfrac{\left( \dfrac{\cos(x)}{\pi + x^2\cos(x^3)} \right)'}{2\sqrt{\dfrac{\cos(x)}{\pi + x^2\cos(x^3)}}} = \dfrac{1}{2}\left( \dfrac{\cos(x)}{\pi + x^2\cos(x^3)} \right)' \sqrt{\dfrac{\pi + x^2\cos(x^3)}{\cos(x)}}
Soit encore :
f′(x)=12(−sin⁡(x)(π+x2cos⁡(x3))−cos⁡(x)(π+x2cos⁡(x3))′(π+x2cos⁡(x3))2)π+x2cos⁡(x3)cos⁡(x)f'(x) = \dfrac{1}{2}\left( \dfrac{-\sin(x)(\pi + x^2\cos(x^3))-\cos(x)(\pi + x^2\cos(x^3))'}{(\pi + x^2\cos(x^3))^2} \right) \sqrt{\dfrac{\pi + x^2\cos(x^3)}{\cos(x)}}
De plus, on a :
(π+x2cos⁡(x3))′=(x2cos⁡(x3))′=2xcos⁡(x3)+x2(cos⁡(x3))′=2xcos⁡(x3)−x2(x3)′sin⁡(x3)(\pi + x^2\cos(x^3))' = (x^2\cos(x^3))' = 2x\cos(x^3) + x^2(\cos(x^3))' = 2x\cos(x^3) - x^2(x^3)'\sin(x^3)
Donc :
(π+x2cos⁡(x3))′=2xcos⁡(x3)−3x2x2sin⁡(x3)=2xcos⁡(x3)−3x4sin⁡(x3)(\pi + x^2\cos(x^3))' = 2x\cos(x^3) - 3x^2x^2\sin(x^3) = 2x\cos(x^3) - 3x^4\sin(x^3)
Ce qui nous donne :
(π+x2cos⁡(x3))′=2xcos⁡(x3)−3x2x2sin⁡(x3)=x(2cos⁡(x3)−3x3sin⁡(x3))(\pi + x^2\cos(x^3))' = 2x\cos(x^3) - 3x^2x^2\sin(x^3) = x \left(2\cos(x^3) - 3x^3\sin(x^3) \right)
Ainsi, la fonction dérivée pernd l'expression suivante :
f′(x)=12(−sin⁡(x)(π+x2cos⁡(x3))−cos⁡(x)x(2cos⁡(x3)−3x3sin⁡(x3))(π+x2cos⁡(x3))2)π+x2cos⁡(x3)cos⁡(x)f'(x) = \dfrac{1}{2}\left( \dfrac{-\sin(x)(\pi + x^2\cos(x^3))-\cos(x)x \left(2\cos(x^3) - 3x^3\sin(x^3) \right)}{(\pi + x^2\cos(x^3))^2} \right) \sqrt{\dfrac{\pi + x^2\cos(x^3)}{\cos(x)}}
En développant le numérateur :
f′(x)=−12(πsin⁡(x)+x2cos⁡(x3)sin⁡(x)+2xcos⁡(x)cos⁡(x3)−3x4sin⁡(x3)cos⁡(x)(π+x2cos⁡(x3))2)π+x2cos⁡(x3)cos⁡(x)f'(x) = -\dfrac{1}{2}\left( \dfrac{\pi\sin(x) + x^2\cos(x^3)\sin(x) + 2x\cos(x)\cos(x^3) - 3x^4\sin(x^3)\cos(x)}{(\pi + x^2\cos(x^3))^2} \right) \sqrt{\dfrac{\pi + x^2\cos(x^3)}{\cos(x)}}
Ce qui nous donne donc :
f′(x)=−12(πsin⁡(x)+x(xsin⁡(x)+2cos⁡(x))cos⁡(x3)−3x4sin⁡(x3)cos⁡(x)(π+x2cos⁡(x3))2)π+x2cos⁡(x3)cos⁡(x)f'(x) = -\dfrac{1}{2}\left( \dfrac{\pi\sin(x) + x\left( x\sin(x) + 2\cos(x) \right) \cos(x^3) - 3x^4\sin(x^3)\cos(x)}{(\pi + x^2\cos(x^3))^2} \right) \sqrt{\dfrac{\pi + x^2\cos(x^3)}{\cos(x)}}
Soit encore :
f′(x)=−(πsin⁡(x)+x(xsin⁡(x)+2cos⁡(x))cos⁡(x3)−3x4sin⁡(x3)cos⁡(x)2(π+x2cos⁡(x3))2)π+x2cos⁡(x3)cos⁡(x)f'(x) = -\left( \dfrac{\pi\sin(x) + x\left( x\sin(x) + 2\cos(x) \right) \cos(x^3) - 3x^4\sin(x^3)\cos(x)}{2(\pi + x^2\cos(x^3))^2} \right) \dfrac{\sqrt{\pi + x^2\cos(x^3)}}{\sqrt{\cos(x)}}
Finalement, on obtient :
f′(x)=3x4sin⁡(x3)cos⁡(x)−x(xsin⁡(x)+2cos⁡(x))cos⁡(x3)−πsin⁡(x)2(π+x2cos⁡(x3))32cos⁡(x){\color{red}{\boxed{ f'(x) = \dfrac{ 3x^4\sin(x^3)\cos(x) - x\left( x\sin(x) + 2\cos(x) \right) \cos(x^3) - \pi\sin(x) }{2(\pi + x^2\cos(x^3))^\frac{3}{2} \sqrt{\cos(x)}} }}}
On a alors :
f′(x)=dfdx(x)f'(x) = \dfrac{df}{dx}(x)
En faisant usage de l'écriture de LeibnizLeibniz, on peut donc écrire que :
df(x)=f′(x) dxdf(x) = f'(x) \, dx
Ainsi, la différentielle de ff est donnée par l'expression suivante :
df(x)=3x4sin⁡(x3)cos⁡(x)−x(xsin⁡(x)+2cos⁡(x))cos⁡(x3)−πsin⁡(x)2(π+x2cos⁡(x3))32cos⁡(x) dx{\color{red}{\boxed{df(x) = \dfrac{ 3x^4\sin(x^3)\cos(x) - x\left( x\sin(x) + 2\cos(x) \right) \cos(x^3) - \pi\sin(x) }{2(\pi + x^2\cos(x^3))^\frac{3}{2} \sqrt{\cos(x)}} \, dx}}}

Question 3

Soit x∈[1 ; 2]⟼f(x)=sin⁡(sin⁡(x))x \in [1\,;\,2] \longmapsto f(x) = \sin\left(\sqrt{\sin(x)}\right).

Correction
on a :
f′(x)=(sin⁡(sin⁡(x)))′=(sin⁡(x))′sin⁡′(sin⁡(x))=(sin⁡(x))′2sin⁡(x)cos⁡(sin⁡(x))f'(x) = \left(\sin\left(\sqrt{\sin(x)}\right)\right)' = \left(\sqrt{\sin(x)}\right)'\sin'\left(\sqrt{\sin(x)}\right) = \dfrac{\left(\sin(x)\right)'}{2\sqrt{\sin(x)}} \cos\left(\sqrt{\sin(x)}\right)
Soit :
f′(x)=cos⁡(x)2sin⁡(x)cos⁡(sin⁡(x)){\color{red}{\boxed{ f'(x) = \dfrac{\cos(x)}{2\sqrt{\sin(x)}} \cos\left(\sqrt{\sin(x)}\right) }}}
On a alors :
f′(x)=dfdx(x)f'(x) = \dfrac{df}{dx}(x)
En faisant usage de l'écriture de LeibnizLeibniz, on peut donc écrire que :
df(x)=f′(x) dxdf(x) = f'(x) \, dx
Ainsi, la différentielle de ff est donnée par l'expression suivante :
df(x)=cos⁡(x)2sin⁡(x)cos⁡(sin⁡(x)) dx{\color{red}{\boxed{df(x) = \dfrac{\cos(x)}{2\sqrt{\sin(x)}} \cos\left(\sqrt{\sin(x)}\right) \, dx}}}
Question 4

Soit x∈[−1 ; 1]⟼f(x)=tan⁡(sin⁡(cos⁡(x)))x \in [-1\,;\,1] \longmapsto f(x) = \tan\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right).

Correction
On a :
f′(x)=(tan⁡(sin⁡(cos⁡(x))))′=(sin⁡(cos⁡(x)))′×tan⁡′(sin⁡(cos⁡(x)))f'(x) = \left(\tan\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right)\right)' = \left( \sqrt{\sin(\cos(x))} \right)' \times \tan'\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right)
Ce qui nous donne :
f′(x)=(sin⁡(cos⁡(x)))′2sin⁡(cos⁡(x))×1cos⁡2(sin⁡(cos⁡(x)))f'(x) = \dfrac{\left( \sin(\cos(x)) \right)'}{2\sqrt{\sin(\cos(x))}} \times \dfrac{1}{\cos^2\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right)}
Soit encore :
f′(x)=(cos⁡(x))′sin⁡′(cos⁡(x))2sin⁡(cos⁡(x))×1cos⁡2(sin⁡(cos⁡(x)))f'(x) = \dfrac{\left( \cos(x) \right)'\sin'(\cos(x))}{2\sqrt{\sin(\cos(x))}} \times \dfrac{1}{\cos^2\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right)}
Ce qui nous donne :
f′(x)=−cos⁡(x)cos⁡(cos⁡(x))2sin⁡(cos⁡(x))×1cos⁡2(sin⁡(cos⁡(x)))f'(x) = \dfrac{-\cos(x) \cos(\cos(x))}{2\sqrt{\sin(\cos(x))}} \times \dfrac{1}{\cos^2\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right)}
f′(x)=−cos⁡(x)cos⁡(cos⁡(x))2sin⁡(cos⁡(x))cos⁡2(sin⁡(cos⁡(x))){\color{red}{\boxed{ f'(x) = - \dfrac{\cos(x) \cos(\cos(x))}{2\sqrt{\sin(\cos(x))}\cos^2\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right)} }}}
On a alors :
f′(x)=dfdx(x)f'(x) = \dfrac{df}{dx}(x)
En faisant usage de l'écriture de LeibnizLeibniz, on peut donc écrire que :
df(x)=f′(x) dxdf(x) = f'(x) \, dx
Ainsi, la différentielle de ff est donnée par l'expression suivante :
df(x)=−cos⁡(x)cos⁡(cos⁡(x))2sin⁡(cos⁡(x))cos⁡2(sin⁡(cos⁡(x))) dx{\color{red}{\boxed{df(x) = - \dfrac{\cos(x) \cos(\cos(x))}{2\sqrt{\sin(\cos(x))}\cos^2\left(\sqrt{\sin(\cos(x))}\right)} \, dx}}}

Signaler une erreur

Aide-nous à améliorer nos contenus en signalant les erreurs ou problèmes que tu penses avoir trouvés.

Connecte-toi ou crée un compte pour signaler une erreur.