Dérivation et Calcul différentiel

Calculs de dérivées : Pour se remettre en jambes :) - Exercice 1

30 min
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Un rappel de toutes les formules vues en terminales.
Pour chacune des fonctions ff proposées, déterminer la fonction dérivée ff'
Question 1

f(x)=(3x25x+2)(4x1)f\left(x\right)=\left(3x^2-5x+2\right)\left(4x-1\right)

Correction
ff est dérivable sur R\mathbb{R} car toute fonction polynôme est dérivable sur R\mathbb{R} .
    Deˊriveˊe du produit\text{\purple{Dérivée du produit}}
On considère deux fonctions uu et vv, dérivables sur un intervalle II alors
(uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv'
On reconnaît la forme (uv)=uv+uv\color{red}\boxed{\left(uv\right)'=u'v+uv'} avec u(x)=3x25x+2u\left(x\right)=3x^2-5x+2 et v(x)=4x1v\left(x\right)=4x-1
Ainsi : u(x)=6x5u'\left(x\right)=6x-5 et v(x)=4v'\left(x\right)=4.
Il vient alors que :
f(x)=(3x25x+2)(4x1)f\left(x\right)=\left(3x^2-5x+2\right)\left(4x-1\right)
f(x)=(6x5)×(4x1)+(3x25x+2)×4f'\left(x\right)=\left(6x-5\right)\times \left(4x-1\right)+\left(3x^2-5x+2\right)\times 4
f(x)=24x26x20x+5+12x220x+8f'\left(x\right)=24x^2-6x-20x+5+12x^2-20x+8
Ainsi :
f(x)=36x246x+13f'\left(x\right)=36x^2-46x+13

Question 2

f(x)=(2x3+6x1)e4x3f\left(x\right)=\left(-2x^3+6x-1\right)e^{4x-3}

Correction
ff est dérivable sur R\mathbb{R} comme produit de fonctions dérivables sur R\mathbb{R} .
    Deˊriveˊe du produit\text{\purple{Dérivée du produit}}
On considère deux fonctions uu et vv, dérivables sur un intervalle II alors
(uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv'
On reconnaît la forme (uv)=uv+uv\color{red}\boxed{\left(uv\right)'=u'v+uv'} avec u(x)=2x3+6x1u\left(x\right)=-2x^3+6x-1 et v(x)=e4x3v\left(x\right)=e^{4x-3}
Ainsi : u(x)=6x2+6u'\left(x\right)=6x^2+6 et v(x)=4e4x3v'\left(x\right)=4e^{4x-3}.
Il vient alors que :
f(x)=(6x2+6)×e4x3+(2x3+6x1)×(4e4x3)f'\left(x\right)=\left(-6x^2+6\right)\times e^{4x-3}+\left(-2x^3+6x-1\right)\times \left(4e^{4x-3}\right)
f(x)=(6x2+6)×e4x3+(8x3+24x4)×e4x3f'\left(x\right)=\left(-6x^2+6\right)\times e^{4x-3}+\left(-8x^3+24x-4\right)\times e^{4x-3}
f(x)=(6x2+68x3+24x4)e4x3f'\left(x\right)=\left(-6x^2+6-8x^3+24x-4\right)e^{4x-3}
Finalement :
f(x)=(8x36x2+24x+2)e4x3f'\left(x\right)=\left(-8x^3-6x^2+24x+2\right)e^{4x-3}

Question 3

f(x)=(2cos(x) +3sin(x) +5)4f\left(x\right)={\left(2{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }+3{\mathrm{sin} \left(x\right)\ }+5\right)}^4

Correction
ff est dérivable sur R\mathbb{R} comme composées de fonctions dérivables sur R\mathbb{R} .
  • (un)=n×u×un1\left(u^{n} \right)^{'} =n\times u'\times u^{n-1}
  • On reconnaît ici unu^{n} u(x)=2cos(x) +3sin(x) +51u\left(x\right)=2{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }+3{\mathrm{sin} \left(x\right)\ }+51 et n=4n=4. Ainsi u(x)=2sin(x) +3cos(x)u'\left(x\right)=-2{\mathrm{sin} \left(x\right)\ }+3{\mathrm{cos} \left(x\right)}.
    Il en résulte que :
    f(x)=4(2sin(x) +3cos(x) )(2cos(x) +3sin(x) +5)3f'\left(x\right)={4\left(-2{\mathrm{sin} \left(x\right)\ }+3{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)\left(2{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }+3{\mathrm{sin} \left(x\right)\ }+5\right)}^3
    Finalement :
    f(x)=(8sin(x) +12cos(x) )(2cos(x) +3sin(x) +5)3f'\left(x\right)={\left(-8{\mathrm{sin} \left(x\right)\ }+12{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)\left(2{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }+3{\mathrm{sin} \left(x\right)\ }+5\right)}^3

    Question 4

    f(x)=ln(ln(x) ) f\left(x\right)={\mathrm{ln} \left({\mathrm{ln} \left(x\right)\ }\right)\ }

    Correction
    ff est dérivable si et seulement si : ln(x) >0x>1{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }>0\Longrightarrow x>1
    ff est dérivable sur ]1;+[\left]1;+\infty\right[
  • (ln(u))=uu\left(\ln \left(u\right)\right)^{'} =\frac{u'}{u}
  • On a : u(x)=ln(x)u\left(x\right)=\mathrm{ln} \left(x\right) et u(x)=1xu'\left(x\right)=\frac{1}{x}
    Il vient alors que :
    f(x)=1xln(x) f'\left(x\right)=\frac{\frac{1}{x}}{{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }}
    Ainsi :
    f(x)=1xln(x) f'\left(x\right)=\frac{1}{x{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }}

    Question 5

    f(x)=2cos(3x) +x2+6f\left(x\right)=\sqrt{2{\mathrm{cos} \left(3x\right)\ }+x^2+6}

    Correction
  • (u)=u2u\left(\sqrt{u} \right)^{'} =\frac{u'}{2\sqrt{u} }
  • ff est dérivable si et seulement si 2cos(3x) +x2+6>02{\mathrm{cos} \left(3x\right)\ }+x^2+6>0 .
    Pour tout réel xx, nous savons que 1cos(3x)1-1\le\mathrm{cos} \left(3x\right)\le1 ainsi 2cos(3x)+6>02\mathrm{cos} \left(3x\right)+6>0 .
    Pour tout réel xx, il en résulte que 2cos(3x) +x2+6>02{\mathrm{cos} \left(3x\right)\ }+x^2+6>0
    ff est dérivable sur ];+[\left]-\infty;+\infty\right[
    On reconnaît ici u\sqrt{u}u(x)=2cos(3x) +x2+6u\left(x\right)=2{\mathrm{cos} \left(3x\right)\ }+x^2+6. Ainsi u(x)=6sin(3x) +2xu'\left(x\right)=-6{\mathrm{sin} \left(3x\right)\ }+2x.
    Il en résulte que :
    f(x)=6sin(3x) +2x22cos(3x) +x2+6f'\left(x\right)=\frac{-6{\mathrm{sin} \left(3x\right)\ }+2x}{2\sqrt{2{\mathrm{cos} \left(3x\right)\ }+x^2+6}}

    Question 6

    On admet que ff est dérivable sur ]2;+[\left]2;+\infty \right[.
    f(x)=cos(12x) f\left(x\right)={\mathrm{cos} \left(\frac{1}{2-x}\right)\ }

    Correction
    Soit g(x)=12xg\left(x\right)=\frac{1}{2-x}
    gg est dérivable sur ]2;+[\left]2;+\infty \right[.
      Deˊriveˊe de l’inverse\text{\purple{Dérivée de l’inverse}}
    On considère une fonction vv dérivable sur un intervalle II alors
    (1v)=vv2\left(\frac{1}{v} \right)^{'} =\frac{-v’}{v^{2} }
    On reconnaît la forme (1v)=vv2\left(\frac{1}{v} \right)^{'} =\frac{-v'}{v^{2} } avec v(x)=2xv\left(x\right)=2-x
    Ainsi : v(x)=1v'\left(x\right)=-1.
    Il vient alors que :
    g(x)=(1)(2x)2g'\left(x\right)=\frac{-\left(-1\right)}{\left(2-x\right)^{2} }
    g(x)=1(2x)2g'\left(x\right)=\frac{1}{\left(2-x \right)^{2} }

    On a donc f(x)=cos(12x) f\left(x\right)={\mathrm{cos} \left(\frac{1}{2-x}\right)\ } que l'on peut écrire f(x)=cos(g(x)) f\left(x\right)={\mathrm{cos} \left(g\left(x\right)\right)\ } .
  • (cos(u))=usin(u)\left(\cos \left(u\right)\right)^{'} =-u'\sin \left(u\right)
  • On reconnaît ici cos(u)\cos \left(u\right) u(x)=g(x)=12xu\left(x\right)=g\left(x\right)=\frac{1}{2-x} . Ainsi u(x)=g(x)=1(2x)2u'\left(x\right)=g'\left(x\right)=\frac{1}{\left(2-x \right)^{2} }.
    Il en résulte que :
    f(x)=1(2x)2×sin(2x+3)f'\left(x\right)=-\frac{1}{\left(2-x \right)^{2} }\times\sin \left(2x+3\right)
    que l'on peut écrire : f(x)=sin(2x+3)(2x)2f'\left(x\right)=-\frac{\sin \left(2x+3\right)}{\left(2-x \right)^{2} }
    Question 7

    Soit ff la fonction dérivable sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ et définie par f(x)=2x3x+45x+3x+3f\left(x\right)=\frac{2\sqrt{x}-3x+4}{5x+3\sqrt{x}+3}

    Correction
      Deˊriveˊe du quotient\text{\purple{Dérivée du quotient}}
    On considère deux fonctions uu et vv, dérivables sur un intervalle II alors
    (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} }
    Soit f(x)=2x3x+45x+3x+3f\left(x\right)=\frac{2\sqrt{x}-3x+4}{5x+3\sqrt{x}+3} . ff est dérivable sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ .
    On reconnaît la forme (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} } avec u(x)=2x3x+4u\left(x\right)=2\sqrt{x}-3x+4 et v(x)=5x+3x+3v\left(x\right)=5x+3\sqrt{x}+3.
    Ainsi u(x)=2×12x3u'\left(x\right)=2\times \frac{1}{2\sqrt{x}}-3 et v(x)=5+32xv'\left(x\right)=5+\frac{3}{2\sqrt{x}}
    Il vient alors que :
    f(x)=(2×12x3)×(5x+3x+3)(2x3x+4)×(5+32x)(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\left(2\times \frac{1}{2\sqrt{x}}-3\right)\times \left(5x+3\sqrt{x}+3\right)-\left(2\sqrt{x}-3x+4\right)\times \left(5+\frac{3}{2\sqrt{x}}\right)}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    f(x)=(1x3)×(5x+3x+3)(2x3x+4)×(5+32x)(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\left(\frac{1}{\sqrt{x}}-3\right)\times \left(5x+3\sqrt{x}+3\right)-\left(2\sqrt{x}-3x+4\right)\times \left(5+\frac{3}{2\sqrt{x}}\right)}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    f(x)=1x×5x+1x×3x+1x×315x9x9(10x15x+20+2x×32x3x×32x+4×32x)(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\frac{1}{\sqrt{x}}\times 5x+\frac{1}{\sqrt{x}}\times 3\sqrt{x}+\frac{1}{\sqrt{x}}\times 3-15x-9\sqrt{x}-9-\left(10\sqrt{x}-15x+20+2\sqrt{x}\times \frac{3}{2\sqrt{x}}-3x\times \frac{3}{2\sqrt{x}}+4\times \frac{3}{2\sqrt{x}}\right)}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    f(x)=5xx+3xx+3x15x9x9(10x15x+20+3×2x2x9x2x+122x)(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\frac{5x}{\sqrt{x}}+\frac{3\sqrt{x}}{\sqrt{x}}+\frac{3}{\sqrt{x}}-15x-9\sqrt{x}-9-\left(10\sqrt{x}-15x+20+\frac{3\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{9x}{2\sqrt{x}}+\frac{12}{2\sqrt{x}}\right)}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    Nous allons mettre le numérateur sur le dénominateur 2x2\sqrt{x} .
    f(x)=10x2x+6x2x+62x15x×2x2x9x×2x2x9×2x2x(10x×2x2x15x×2x2x+20×2x2x+3×2x2x9x2x+122x)(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\frac{10x}{2\sqrt{x}}+\frac{6\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{6}{2\sqrt{x}}-\frac{15x\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{9\sqrt{x}\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{9\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\left(\frac{10\sqrt{x}\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{15x\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{20\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{3\times 2\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{9x}{2\sqrt{x}}+\frac{12}{2\sqrt{x}}\right)}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    f(x)=10x2x+6x2x+62x30xx2x18x2x18x2x(20x2x30xx2x+40x2x+6x2x9x2x+122x)(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\frac{10x}{2\sqrt{x}}+\frac{6\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{6}{2\sqrt{x}}-\frac{30x\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{18x}{2\sqrt{x}}-\frac{18\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\left(\frac{20x}{2\sqrt{x}}-\frac{30x\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{40\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{6\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{9x}{2\sqrt{x}}+\frac{12}{2\sqrt{x}}\right)}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    f(x)=10x2x+6x2x+62x30xx2x18x2x18x2x20x2x+30xx2x40x2x6x2x+9x2x122x(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\frac{10x}{2\sqrt{x}}+\frac{6\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{6}{2\sqrt{x}}-\frac{30x\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{18x}{2\sqrt{x}}-\frac{18\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{20x}{2\sqrt{x}}+\frac{30x\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{40\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}-\frac{6\sqrt{x}}{2\sqrt{x}}+\frac{9x}{2\sqrt{x}}-\frac{12}{2\sqrt{x}}}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    f(x)=10x+6x+630xx18x18x20x+30xx40x6x+9x122x(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\frac{10x+6\sqrt{x}+6-30x\sqrt{x}-18x-18\sqrt{x}-20x+30x\sqrt{x}-40\sqrt{x}-6\sqrt{x}+9x-12}{2\sqrt{x}}}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    f(x)=19x58x62x(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{\frac{-19x-58\sqrt{x}-6}{2\sqrt{x}}}{{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}
    Ainsi :
    f(x)=19x58x62x(5x+3x+3)2f'\left(x\right)=\frac{-19x-58\sqrt{x}-6}{2\sqrt{x}{\left(5x+3\sqrt{x}+3\right)}^2}

    Question 8

    f(x)=3x+52sin(3x1) +7f\left(x\right)=\frac{3x+5}{2{\mathrm{sin} \left(3x-1\right)\ }+7}

    Correction
    ff est dérivable sur R\mathbb{R} comme quotient de fonctions dérivables sur R\mathbb{R} .
      Deˊriveˊe du quotient\text{\purple{Dérivée du quotient}}
    On considère deux fonctions uu et vv, dérivables sur un intervalle II alors
    (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} }
    On reconnaît la forme (uv)=uvuvv2\color{red}\boxed{\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} }} avec u(x)=3x+5u\left(x\right)=3x+5 et v(x)=2sin(3x1) +7v\left(x\right)=2{\mathrm{sin} \left(3x-1\right)\ }+7
    Ainsi : u(x)=3u'\left(x\right)=3 et v(x)=6cos(3x1) v'\left(x\right)=6{\mathrm{cos} \left(3x-1\right)\ }.
    Il vient alors que :

    f(x)=3(2sin(3x1) +7)(3x+5)(6cos(3x1) )(2sin(3x1) +7)2f'\left(x\right)=\frac{3\left(2{\mathrm{sin} \left(3x-1\right)\ }+7\right)-\left(3x+5\right)\left(6{\mathrm{cos} \left(3x-1\right)\ }\right)}{{\left(2{\mathrm{sin} \left(3x-1\right)\ }+7\right)}^2}
    Ainsi :
    f(x)=6sin(3x1) +21(18x+30)cos(3x1) (2sin(3x1) +7)2f'\left(x\right)=\frac{6{\mathrm{sin} \left(3x-1\right)\ }+21-\left(18x+30\right){\mathrm{cos} \left(3x-1\right)\ }}{{\left(2{\mathrm{sin} \left(3x-1\right)\ }+7\right)}^2}

    Question 9

    Soit gg la fonction gg dérivable sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ définie par : g(x)=exxg\left(x\right)=\sqrt{\frac{e^{-x} }{x}} .

    Correction
    (eu)=ueu\left(e^{u} \right)^{'} =u'e^{u}
    Soit xRx\in \mathbb{R} .
    On pose : f(x)=exxf\left(x\right)=\frac{e^{-x} }{x}
    ff est dérivable sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ .
    On reconnaît la forme (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} } avec u(x)=exu\left(x\right)=e^{-x} et v(x)=xv\left(x\right)=x.
    Ainsi u(x)=exu'\left(x\right)=-e^{-x} et v(x)=1v'\left(x\right)=1
    Il vient alors que :
    f(x)=ex×xex×1x2f'\left(x\right)=\frac{-e^{-x} \times x-e^{-x} \times 1}{x^{2} }
    f(x)=ex(x1)x2f'\left(x\right)=\frac{e^{-x} \left(-x-1\right)}{x^{2} }

    Or g(x)=exxg\left(x\right)=\sqrt{\frac{e^{-x} }{x}} peut également s'écrire g(x)=f(x)g\left(x\right)=\sqrt{f\left(x\right)} .
  • (u)=u2u\left(\sqrt{u} \right)^{'} =\frac{u'}{2\sqrt{u} }
  • Il vient alors que :
    g(x)=f(x)2f(x)g'\left(x\right)=\frac{f'\left(x\right)}{2\sqrt{f\left(x\right)}}
    g(x)=ex(x1)x22exxg'\left(x\right)=\frac{\frac{e^{-x}\left(-x-1\right)}{x^2}}{2\sqrt{\frac{e^{-x}}{x}}}
    Ainsi :
    g(x)=ex(x1)2x2exxg'\left(x\right)=\frac{e^{-x}\left(-x-1\right)}{2x^2\sqrt{\frac{e^{-x}}{x}}}