MathématiquesFiche 5 · Dérivation
Mathématiques · Fiche de révision

Dérivation

Par cœur, méthodes, pièges et réflexes concours — la fiche condensée à relire la veille.

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1Nombre dérivé & tangente

Par cœurnombre dérivé
f′(x0)=lim⁡h→0f(x0+h)−f(x0)h=lim⁡x→x0f(x)−f(x0)x−x0f'(x_0)=\lim_{h\to 0}\frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h}=\lim_{x\to x_0}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}

f′(x0)f'(x_0) = pente de la tangente en x0x_0 = vitesse instantanée si ff est une position. ff dérivable en x0⇒fx_0\Rightarrow f continue en x0x_0 (réciproque fausse : ex. ∣x∣|x| en 00).

Méthodeéquation de la tangente en x0x_0
  1. Calculer f(x0)f(x_0) (ordonnée du point de contact).
  2. Calculer f′(x)f'(x), puis évaluer f′(x0)f'(x_0) (pente).
  3. Remplacer dans y=(x−x0) f′(x0)+f(x0)\;y=(x-x_0)\,f'(x_0)+f(x_0).

Perpendicularité : m1×m2=−1m_1\times m_2=-1. Tangente horizontale ⇔f′(x0)=0\Leftrightarrow f'(x_0)=0. Piège : f′(x0)f'(x_0) est un nombre, f′f' une fonction — pour un point (x1;y1)≠P0(x_1;y_1)\neq P_0 sur la tangente, remplacer x=x1,y=y1x=x_1,y=y_1 dans l'équation, sans confondre f(x1)f(x_1) et y1y_1.

Réflexe concourscalcul de tangente

On donne ff et x0x_0 (parfois via un point de passage, une intersection, ou une droite parallèle/perpendiculaire) →\to calculer f′(x0)f'(x_0) puis écrire y=(x−x0)f′(x0)+f(x0)y=(x-x_0)f'(x_0)+f(x_0) (2023, Q7 ; 2022, Q3 ; 2018, Q17/Q21/Q28).

2Formulaire & dérivation composée

Par cœurformulaire
C′=0C'=0x′=1x'=1(Un)′=nUn−1U′(U^n)'=nU^{n-1}U'
(U+V)′=U′+V′(U{+}V)'=U'{+}V'(UV)′=U′V+UV′(UV)'=U'V+UV'(UV)′=U′V−UV′V2\left(\dfrac{U}{V}\right)'=\dfrac{U'V-UV'}{V^2}
(sin⁡U)′=U′cos⁡U(\sin U)'=U'\cos U(cos⁡U)′=−U′sin⁡U(\cos U)'=-U'\sin U(tan⁡U)′=U′cos⁡2U(\tan U)'=\dfrac{U'}{\cos^2U}

(ln⁡U)′=U′U(\ln U)'=\dfrac{U'}{U}, (log⁡aU)′=U′Uln⁡a(\log_a U)'=\dfrac{U'}{U\ln a}, (aU)′=U′aUln⁡a(a^{U})'=U'a^{U}\ln a (cas a=ea=e : (eU)′=U′eU(e^{U})'=U'e^{U}). Racine →\to puissance : x=x1/2\sqrt{x}=x^{1/2}, xpn=xp/n\sqrt[n]{x^{p}}=x^{p/n}, 1xn=x−n\dfrac{1}{x^n}=x^{-n}.

Méthodedériver une composée « en pelures d'oignon »
  1. Repérer la couche externe (dernière opération appliquée : carré, sin⁡\sin, ln⁡\ln, racine…).
  2. Dériver cette couche avec la formule adaptée, intérieur UU inchangé, puis multiplier par U′U'.
  3. Recommencer si l'intérieur est lui-même composé.

Piège : (UV)′≠U′V′(UV)'\neq U'V'. Au quotient, l'ordre compte — numérateur =U′V−UV′=U'V-UV' (jamais UV′−U′VUV'-U'V).

Réflexe concourspuissance fractionnaire & quotient de composées

Racine déguisée f(x)=xp/nf(x)=x^{p/n} et une valeur x0x_0 →\to réécrire en puissance, appliquer (xn)′=nxn−1(x^n)'=nx^{n-1}, évaluer numériquement (2022, Q7 ; 2021, Q11 ; 2020, Q15). Quotient de composées (ln⁡\ln, trigo, exponentielle) →\to dériver U,VU,V séparément (chaîne comprise) avant U′V−UV′V2\dfrac{U'V-UV'}{V^2} (2022, Q26 ; 2019, Q5/Q15 ; 2018, Q10).

3Signe de f′f' : variations, extremums

Par cœurrègle du signe

f′(x)>0⇒ff'(x)>0 \Rightarrow f croissante f′(x)<0⇒ff'(x)<0 \Rightarrow f décroissante
f′(x0)=0f'(x_0)=0 en changeant de signe ⇒\Rightarrow extremum local en x0x_0 (max si + ⁣→ ⁣−+\!\to\!-, min si − ⁣→ ⁣+-\!\to\!+).

Méthodedresser un tableau de variation
  1. Déterminer le domaine DfD_f.
  2. Calculer f′(x)f'(x).
  3. Résoudre f′(x)=0f'(x)=0 (racines candidates aux extremums).
  4. Étudier le signe de f′f' (factoriser si besoin) entre ces racines.
  5. Traduire en flèches, repérer les extremums et calculer f(xi)f(x_i).
Figure 1 — tableau de signes de f′f' : maximum en x0x_0, minimum en x1x_1
Piègeannulation sans changement de signe

f′(x0)=0f'(x_0)=0 sans changer de signe ⇒\Rightarrow pas d'extremum, juste une tangente horizontale (point d'inflexion). Ex. f′(x)=(3x−1)2≥0f'(x)=(3x{-}1)^2\geq 0 partout : ff croissante sur R\mathbb{R}, aucun extremum malgré f′(13)=0f'(\tfrac13)=0.

Réflexe concourssigne de f′f'

On donne (directement ou par un modèle) le signe ou l'expression de f′f' →\to traduire en sens de variation ; compter les changements de signe de f′f' pour compter les extremums (2025, Q2 ; 2024, Q10 ; 2023, Q5 ; 2018, Q27).

4Signe de f′′f'' : concavité, lecture de graphe

Par cœurconcavité

f′′(x)>0⇒f''(x)>0 \Rightarrow concavité vers le haut (courbe en bol) f′′(x)<0⇒f''(x)<0 \Rightarrow vers le bas (courbe en cloche)
Point d'inflexion en x0x_0 ⇔\Leftrightarrow f′′(x0)=0f''(x_0)=0 en changeant de signe, et f′(x0)f'(x_0) existe.

Figure 2 — concavité vers le haut, point d'inflexion, concavité vers le bas
Méthodelire f,f′,f′′f,f',f'' sur un graphe

ff monte ⇒f′>0\Rightarrow f'>0 ; ff descend ⇒f′<0\Rightarrow f'<0 ; sommet/creux à tangente horizontale ⇒f′=0\Rightarrow f'=0 ; bol ⇒f′′>0\Rightarrow f''>0 ; cloche ⇒f′′<0\Rightarrow f''<0. La courbe de f′f' coupe l'axe des xx aux extremums de ff. Piège : sur une portion qui monte ou descend, f′≠0f'\neq 0 même si l'allure change (un point n'a f′=0f'=0 que si sa tangente est horizontale).

Réflexe concoursdérivées successives

ff, f′f', f′′f'' donnés ensemble (valeurs, signes ou courbes) →\to combiner variations (f′f') et concavité (f′′f'') pour juger une affirmation, ou choisir la courbe de f′f' à partir de celle de ff (2022, Q16 ; 2021, Q21/Q30 ; 2020, Q13/Q30 ; 2019, Q10 ; 2018, Q24).