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Chapitre 4
Cours 1

Nombre dérivé et tangente

17 professeurs ont participé à cette page
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f est une fonction définie sur un intervalle \text{I} de \R et on note \mathcal{C}_f sa courbe représentative dans un repère du plan. a est un réel appartenant à \text{I} et on note \text{A} le point de \mathcal{C}_f d'abscisse a .
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A
Nombre dérivé et taux de variation

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Soient h un réel non nul tel que a+h \in \mathrm{I} et \text{H} le point de \mathcal{C}_f d'abscisse a + h . En particulier : a \neq a+h .
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Définition
Le nombre \tau(h)=\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h} est appelé taux de variation de f entre a et a + h .
Sur la figure ci-contre, le point \text{A} a pour coordonnées (a\: ; f(a)) et le point \text{H} a pour coordonnées (a+h\: ; f(a+h)).
Le coefficient directeur de la droite (\mathrm{AH}) est donc : \dfrac{f(a+h)-f(a)}{a+h-a}; autrement dit, le coefficient directeur est \tau(h). Le nombre \tau(h) dépend de a.

Nombre dérivé et taux de variation
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Notation

Le taux de variation s'appelle également le taux d'accroissement entre a et a + h .
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Que se passe-t-il lorsque \text{H} se rapproche de plus en plus du point \text{A ;} autrement dit, lorsque h devient de plus en plus proche de 0 ?
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Définition
On dit que f est dérivable en a lorsque \tau(h) tend vers un nombre réel quand h prend des valeurs proches de 0. Ce réel est appelé nombre dérivé de f en a et est noté f^{\prime}(a). On écrit alors : f^{\prime}(a) = \mathop{\lim}\limits_{h \rightarrow 0} { \dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}}.
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Notation

Quand h est proche de 0, on dit que « h tend vers 0 ».
Calculer \tau(h) dans ces conditions revient à chercher la limite de \tau(h) notée \mathop{\lim}\limits_{h \rightarrow 0} { \tau(h)} si elle existe.
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Exemple
1. Soit une fonction affine f : x \mapsto m x+p.
Alors f(a)=m a+b et f(a+h)=m(a+h)+b=m a+m h+b.
Ainsi, pour tout h \neq 0, \tau(h)=\dfrac{f(a+h)-f(a)}{h}=\dfrac{m a+m h+b-(m a+b)}{h}=\dfrac{m h}{h}=m.

2. Soit f définie sur \R par f(x)=x^{2}.
Pour h \neq 0 et a = 0 , \tau(h)=\dfrac{f(0+h)-f(0)}{h}=\dfrac{h^{2}}{h}=h.
\mathop{\lim}\limits_{h \rightarrow 0} { \tau(h)=0} donc f est dérivable en 0 et f^{\prime}(0)=0.

3. Soit g , la fonction définie sur \R par g(x)=|x|.
Pour h \neq 0 et a = 0 , \tau(h)=\dfrac{g(0+h)-g(0)}{h}=\dfrac{|h|-|0|}{h}=\dfrac{|h|}{h}.
Pour h>0: \tau(h)=\dfrac{h}{h}=1 donc \mathop{\lim}\limits_{h \rightarrow 0^+} { \tau(h)}=1.
Pour h\lt 0 : \tau(h)=\dfrac{-h}{h}=-1 donc \mathop{\lim}\limits_{h \rightarrow 0^-} { \tau(h)}=-1.
On obtient deux limites différentes pour \tau(h) quand h tend vers 0, donc g n'est pas dérivable en 0.
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Remarque

  • h \rightarrow 0^{+} signifie h \rightarrow 0 et h>0.
  • h \rightarrow 0^{-} signifie h \rightarrow 0 et h\lt0.
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Application et méthode
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Énoncé
On considère la fonction f définie sur \R par f(x)=\dfrac{-1}{3} x+1. 1. Soit h un réel non nul. Calculer f(3+h) et f(3). 2. Montrer que f est dérivable en 3 et déterminer le nombre dérivé de f en 3.
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Solution
1. f(3+h)=-\dfrac{3+h}{3}+1=\dfrac{-3-h+3}{3}=-\dfrac{h}{3}.
f(3)=-\dfrac{3}{3}+1=0.
2. Soit h \neq 0. \tau(h)=\dfrac{f(3+h)-f(3)}{h}=\dfrac{-\dfrac{h}{3}-0}{h}=\dfrac{-1}{3} donc \mathop{\lim}\limits_{h \rightarrow 0} { \tau(h) = \dfrac{-1}{3}}.

Ce qui prouve que f est dérivable en 3 et le nombre dérivé de f en 3 est égal à f^{\prime}(3)=\dfrac{-1}{3}.

Pour s'entraîner
exercices p. 119 ; et p. 120
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Méthode

  • On calcule le taux de variation (ou taux d'accroissement) de la fonction entre a et a + h .
  • On simplifie l'expression au maximum.
  • On fait tendre h vers 0 pour trouver le nombre dérivé : on remplace h par 0 dans l'expression lorsque c'est possible.
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B
Tangente à une courbe

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Définition
Lorsque f est dérivable en a , on appelle tangente à la courbe \mathcal{C}_f au point d'abscisse a la droite \text{T} passant par \mathrm{A}(a\: ; f(a)) dont le coefficient directeur est le nombre dérivé f^{\prime}(a).

Tangente à une courbe
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Remarque

On peut obtenir une équation cartésienne de la tangente à C_f au point d'abscisse a à partir de son équation réduite.
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Remarque

Si f^{\prime}(a)=0 alors la tangente à C_f au point d'abscisse a est parallèle à l'axe des abscisses : elle est horizontale.
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Remarque

La tangente à C_f au point \text{A} est la position limite de la droite (\mathrm{AH}) lorsque le point \text{H} se rapproche de plus en plus du point \text{A} et h se rapproche de plus en plus de 0.
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Tangente à une courbe
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Tangente à une courbe
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Exemple
1. On donne la courbe d'une fonction f dérivable en 3 dont on a tracé la tangente \mathrm{T}_{\mathrm{A}} au point \text{A} d'abscisse 3.
Par lecture graphique : f^{\prime}(3)=2.

Tangente à une courbe
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2. On a tracé la courbe de la fonction racine carrée sur ] 0\:; 11 ] ainsi que certaines de ses tangentes.
Par lecture graphique, avec la formule \dfrac{y_{1}-y_{2}}{x_{1}-x_{2}} : f^{\prime}(1)=\dfrac{1}{2} et f^{\prime}(9)=\dfrac{1}{6}.

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Notation

Il arrive que la tangente en un point soit représentée par une double flèche autour de ce point pour éviter de tracer toute la droite.
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Application et méthode
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Énoncé
On considère la fonction f définie sur ] 0\: ;+\infty[ par f(x)=\dfrac{1}{x} dont on a tracé la courbe représentative \mathcal{C}_f. La droite (\mathrm{AB}) est la tangente à \mathcal{C}_f au point \text{A} d'abscisse 2. Déterminer graphiquement f^{\prime}(2).
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Solution
Par définition, f^{\prime}(2) est le coefficient directeur de la tangente à \mathcal{C}_f au point d'abscisse 2, c'est-à-dire celui de la droite (\mathrm{AB}).
On a \mathrm{A}\left(2\:; \dfrac{1}{2}\right) et \mathrm{B}(4\:; 0) donc f^{\prime}(2)=\dfrac{y_{\mathrm{B}}-y_{\mathrm{A}}}{x_{\mathrm{B}}-x_{\mathrm{A}}}=\dfrac{0-\dfrac{1}{2}}{4-2}=\dfrac{-1}{4}.

Pour s'entraîner
exercices et p. 119
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Méthode

Pour lire graphiquement le nombre dérivé de f en a , on lit le coefficient directeur de la tangente à la courbe au point d'abscisse a ou on le calcule avec la formule \dfrac{y_{\mathrm{B}}-y_{\mathrm{A}}}{x_{\mathrm{B}}-x_{\mathrm{A}}} avec (\mathrm{AB}) tangente en \text{A} à la courbe de f .

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