Frédéric Léon -- MATHS -- E. Brontë

fonctions dérivées

À chaque fonction \(f\) on associe sa fonction dérivée notée \(f'\).

La fonction dérivée permet d’obtenir les coefficients directeurs des tangente à la courbe de \(f\).

Rappel : l’équation la tangente à la courbe au point d’abscisse \(a\) est :

\(y=f'(a)(x-a) + f(a)\)

Le signe du nb. dérivé permet de connaître les variations de la fonction.

pour la boîte

application de la définition de la page 104.

quelques fonctions dérivées

La fonction \(f(x) = x^{\color{red}{n}}\) avec \(n \in \mathbb{N}^*\) est dérivable et sa dérivée est \({f'(x) = {\color{red}{n}} x^{{\color{red}{n}}-1}}\).

exemples :

pour les très courageux, on peut retrouver ce résultat en calculant : \(\lim\limits_{h \to 0} \dfrac{(a+h)^3 - a^3}{h} = \dots = 3a^2\)

Opérations sur les fonctions dérivées.

Problème

\(V(x) = 4x^3 - 71,7x^2 + 311,85x\)

\(V\) est la somme de trois fonctions :

\(f(x) = 4x^3\) ; \(g(x) = - 71,7x^2\) et \(h(x) = 311,85x\)

Opérations

On peut faire des opérations avec les fonctions dérivées !

Exemple

\(V(x) = 4x^3 - 71,7x^2 + 311,85x\)

\(V\) est la somme de trois fonctions :

\(f(x) = 4x^3\) ; \(g(x) = - 71,7x^2\) et \(h(x) = 311,85x\)

on sait (*) : \(V'(x) = f'(x) + g'(x) + h'(x)\)

On cherche la fonction dérivée de chacune des fonctions

\(f(x) = 4x^3\) en utilisant (**) : \(f(x) = k \times u(x)\) alors \(f'(x) = k \times u'(x)\).

En identifiant : \(k=4\) et \(u(x) = x^3\) et \(u'(x) = 3x^2\) ;

donc \(f'(x) = 4 \times 3x^2 = 12x^2\)

\(g(x) = - 71,7x^2\)

en utilisant (**) : \(g(x) = k \times u(x)\) alors \(g'(x) = k \times u'(x)\).

En identifiant : \(k=-71,7\) et \(u(x) = x^2\) et \(u'(x) = 2x\) ;

donc \(g'(x) = -71,7 \times 2x = -143,4 x\)

\(h(x) = 311,85x\)

\(h\) est une fonction affine de la forme \(h(x) = mx +p\) avec \(m = 311,85\) et \(p=0\), donc \(h'(x) = 311,85\)

Conclusion

\(V'(x) = f'(x) + g'(x) + h'(x)\)

\(V'(x) = 12x^2 -143,4 x + 311,85\)

On admet que le volume de la boîte est maximal quand \(V'(x) = 0\)

On retrouve notre ami le polynôme du second degré ;-)

On cherche \(x \in [0\,; 7,425]\) tel que \(12x^2 -143,4 x + 311,85 = 0\)

de la forme \(ax^2 + bx + c = 0\) avec \(a = 12\) ; \(b=-143,4\) et \(c=311,85\).

pas de racine évidente, on calcule \(\Delta = b^2 - 4ac\), puis \(x_{1,2} = \dfrac{-b \pm \sqrt{\Delta}}{2a}\)

on trouve \(x_1 = \dfrac{-\sqrt{15541} + 239}{40} \approx 2,86\) et \(x_2 = \dfrac{\sqrt{15541} + 239}{40} \approx 9,09\)

or on travaille sur \([0\,; 7,425]\), donc la boîte qui donne le volume maximum a bord d’environ 2,86 cm et ce volume vaut environ 399 \(cm^3\).

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