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Formules de dérivation

On a vu la formule: f′(x)=limΔx→0f(x+Δx)-f(x)Δx qui permet de calculer la dérivée d'une fonction. En pratique, on ne l'utilise jamais, on utilise des formules que nous allons maintenant établir.

Dérivée d'une somme

Théorème 1.

Soit f:[a,b]↦ℝ et g:[a,b]↦ℝ deux fonctions dérivables, alors f+g:[a,b]↦ℝ est dérivable et:

(f+g)′(x)=f′(x)+g′(x)

Démonstration:

Soit donc f:[a,b]↦ℝ et g:[a,b]↦ℝ deux fonctions dérivables. On doit dériver f+g, donc:

(f+g)′(x)=limh→0(f+g)(x+h)-(f+g)(x)h=limh→0f(x+h)+g(x+h)-f(x)-g(x)h=limh→0f(x+h)-f(x)h+limh→0g(x+h)-g(x)h=f′(x)+g′(x)

Dérivée d'un produit

Théorème 2.

Soit f:[a,b]↦ℝ et g:[a,b]↦ℝ deux fonctions dérivables, alors fg:[a,b]↦ℝ est dérivable et:

(fg)′(x)=f′(x)g(x)+f(x)g′(x)

Démonstration:

Soit donc f:[a,b]↦ℝ et g:[a,b]↦ℝ deux fonctions dérivables. On doit dériver fg, donc:

(fg)′(x)=limh→0(fg)(x+h)-(fg)(x)h=limh→0f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x)h

On rajoute le terme -f(x)g(x+h) pour faire apparaître la dérivée de f:

(fg)′(x)=limh→0f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x)-f(x)g(x+h)+f(x)g(x+h)h=limh→0f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x+h)+f(x)g(x+h)-f(x)g(x)h=limh→0[g(x+h)f(x+h)-f(x)h+f(x)g(x+h)-g(x)h]=limh→0(g(x+h)f′(x)+f(x)g′(x))=f′(x)g(x)+f(x)g′(x)

Dérivée d'un quotient

Théorème 3.

Théorème: soit f:[a,b]↦ℝ et g:[a,b]↦ℝ deux fonctions dérivables telle que la fonction g ne s'annule jamais, alors f/g:[a,b]↦ℝ est dérivable et:

(fg)′(x)=f′(x)g(x)-f(x)g′(x)(g(x))2

Démonstration:

On doit d'abord montrer que (1g)′(x)=-g′(x)(g(x))2:

(1g)′(x)=limh→01g(x+h)-1g(x)h=limh→0g(x)g(x)g(x+h)-g(x+h)g(x+h)g(x)h=limh→0g(x)-g(x+h)hg(x)g(x+h)=limh→0-(g(x+h)-g(x))h1g(x)g(x+h)=limh→0-g′(x)g(x)g(x+h)=-g′(x)(g(x))2

On a donc:

(fg)′(x)=(f1g)′(x)=f′(x)1g(x)+f(x)-g′(x)(g(x))2=f′(x)g(x)g(x)g(x)-f(x)g′(x)(g(x))2=f′(x)g(x)-f(x)g′(x)(g(x))2

On utilise à la deuxième ligne la formule de la dérivée d'un produit.

Dérivée d'une fonction composée

Théorème 4.

Soit f:[a,b]↦ℝ et g:[a,b]↦ℝ deux fonctions dérivables, alors g∘f:[a,b]↦ℝ est dérivable et:

(g∘f)′(x)=g′(f(x))⋅f′(x)

Démonstration:

(g∘f)′(x)=limh→0(g∘f)′(x+h)-(g∘f)′(x)h=limh→0[g(f(x+h))-g(f(x))f(x+h)-f(x)f(x+h)-f(x)h]=limh→0g(f(x+h))-g(f(x))f(x+h)-f(x)limh→0f(x+h)-f(x)h=limh→0g(f(x)+f(x+h)-f(x))-g(f(x))f(x+h)-f(x)f′(x)

Posons maintenant: α=f(x+h)-f(x), on a: limh→0α=limh→0(f(x+h)-f(x))=0:

(g∘f)′(x)=limα→0g(f(x)+α)-g(f(x))αf′(x)=g′(f(x))⋅f′(x)