Enseignement mathématique 1re

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Exercices rituels et automatismes
Exercices rituels
Automatismes
Partie 1 - Information chiffrée
Ch. 1
Analyse de l'information chiffrée
Partie 2 - Probabilités
Ch. 2
De la statistique aux probabilités
Partie 3 - Phénomènes d’évolution
Ch. 3
Croissance linéaire
Ch. 4
Croissance exponentielle
Partie 4 - Dérivation
Ch. 6
Variations globales
GeoGebra
Chapitre 5
Cours

Variations instantanées

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1
Tangente à une courbe en un point

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Énoncé

Soit f une fonction dont on note \mathcal{C}_f la courbe représentative dans un repère orthogonal.
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Définition

Si \mathrm{A} et \mathrm{M} sont deux points distincts de la courbe \mathcal{C}_f, on dit que \mathrm{(AM)} est une sécante à \mathcal{C}_f.

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Définition

Soit \mathrm{A} \in \mathcal{C}_f. On appelle tangente à \mathcal{C}_f en \mathrm{A}, lorsqu'elle existe, la droite qui passe par \mathrm{A} et qui est la position limite des sécantes \mathrm{(AM)} lorsque le point \mathrm{M} devient aussi proche que l'on veut du point \mathrm{A}.
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Dans la suite, on ne considèrera que des courbes qui admettent des tangentes en tout point.
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Exemple

f est une fonction représentée par la courbe \mathcal{C}_f en bleu.

La droite {\color{#c58200}\mathrm{(AB)}} est une sécante de \mathcal{C}_f. Le segment \mathrm{[AB]} est facile à distinguer par rapport à la courbe.

La droite {\color{#cc1f59}\mathrm{(AC)}} est une autre sécante de \mathcal{C}_f mais on constate que le segment \mathrm{[AC]} est visuellement proche de la courbe autour des points \mathrm{A} et \mathrm{C}. En vert, on a représenté la tangente à \mathcal{C}_f passant par \mathrm{A}. Au voisinage de \mathrm{A}, la droite est presque confondue avec la courbe.

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Propriétés

En conservant les notations précédentes, la tangente obtenue est une approximation de la courbe au voisinage du point \mathrm{A}. Si on zoome assez sur la courbe en \mathrm{A}, la tangente et la courbe sont confondues.
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Remarque

Lorsque l'on s'éloigne de \mathrm{A}, la tangente à \mathcal{C}_f en A peut s'éloigner grandement de \mathcal{C}_f : l'approximation précédente n'est plus forcément valable.

La droite violette est tangente à la courbe \mathcal{C}_f au point \mathrm{A}. Au voisinage de ce point, la tangente constitue donc une bonne à approximation de \mathcal{C}_f. En revanche, l'approximation n'est par exemple pas valable au voisinage du point \mathrm{E}.

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2
Nombre dérivé

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Énoncé

Soit f une fonction dont on note \mathcal{C}_f la courbe représentative dans un repère orthogonal et \mathrm{A} un point d'abscisse a appartenant à \mathcal{C}_f. Les coordonnées de \mathrm{A} sont donc (a ; f(a)). On suppose qu'il existe une tangente \mathrm{T} à \mathcal{C}_f en \mathrm{A}.
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Définition

Le coefficient directeur de la tangente \mathrm{T} à \mathcal{C}_f en \mathrm{A} est appelé nombre dérivé de f en a. Il se note f^{\prime}(a).

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Rappel

Pour calculer le coefficient directeur d'une droite d, on utilise la méthode suivante.

1. On choisit deux points \mathrm{A}\left(x_{A} ; y_{A}\right) et \mathbf{B}\left(x_{\mathrm{B}} ; y_{\mathrm{B}}\right) appartenant à d. Il faut choisir des points \mathrm{A} et \mathrm{B} dont les coordonnées peuvent être lues ou calculées précisément.

2. On calcule le coefficient directeur de d à l'aide de la formule \frac{y_{\mathrm{B}}-y_{\mathrm{A}}}{x_{\mathrm{B}}-x_{\mathrm{A}}}.
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Exemples

On a représenté ci-contre une fonction f.

  • La droite (\mathrm{AM}) est la tangente à \mathcal{C}_f au point \mathrm{A}(0 ; 1). Par lecture graphique, on détermine que le coefficient directeur de (\mathrm{AM}) est \frac{y_{\mathrm{M}}-y_{\mathrm{A}}}{x_{\mathrm{M}}-x_{\mathrm{A}}}=-1. On en déduit que f^{\prime}(0)=-1

  • La droite (\mathrm{BN}) est la tangente à \mathcal{C}_f au point \mathrm{B}(-1 ; 1,5). Par lecture graphique, on détermine que le coefficient directeur de (\mathrm{BN}) est \frac{y_{\mathrm{N}}-y_{\mathrm{B}}}{x_{\mathrm{N}}-x_{\mathrm{B}}}=0,25. On en déduit que f^{\prime}(-1)=0,25.

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Remarque

f^{\prime}(a) peut s'interpréter comme étant le taux de variation instantanée de f en a. En particulier, on a vu dans que le nombre dérivé f^{\prime}(a) correspond à la vitesse instantanée en km/h au temps a lorsque f(x) représente la distance parcourue en km au bout d'un temps x exprimé en heure.
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Exemple

Une voiture est arrêtée à un feu rouge. Lorsque le feu passe au vert, la voiture avance et accélère progressivement. Si la voiture parcourt 100 mètres en 20 secondes, sa vitesse moyenne est

V_{m}=\frac{d}{t}=\frac{100}{20}=5 \mathrm{~m} / \mathrm{s}

Notons V(t) la vitesse de la voiture à n'importe quel instant t entre 0 s et 20 s.

Notons V(8) donne la vitesse instantanée en m/s. Cette vitesse est indiquée par le compteur de la voiture, en km/h, au bout de 8 secondes.

V^{\prime}(8) donne la variation de la vitesse au bout de 8 secondes. C'est ce qu'on appelle l'accélération instantanée de la voiture. L'accélération représente donc le taux de variation instantanée de la vitesse.

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