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CHAPITRE 1:CALCULS ALGEBRIQUES

I Règles de calcul

1.Exposants.Par définition, siaest un réel quelconque, etnun entier positif,

a n?a?a?...?a nfois et siaest différent de 0, a ?n?1 a?1 a?...?1 anfois

On définit des exposants non entier par :

a

1/n?btel quebn?a(sia?0)

On note aussi :

a

1/n?na

Les règles de calculs suivantes sont valables quels que soient les exposants, à condition que les

écritures aient un sens :

a xay?ax?yax ay?ax?y ?ab?x?axbxa b x?a x bx ?ax?y??ay?x?axy

2.Identités remarquables.Il faut connaître par coeur les égalités suivantes, valables pour tous les réelsaetb:

a?b?

2?a2?2ab?b2?a?b?2?a2?2ab?b2

a2?b2??a?b??a?b? ?a?b?3?a3?3a2b?3ab2?b3

3.Egalités et inégalités.

a.Egalités ?On peut ajouter ou retrancher membre à membre des égalités. ?On peut ajouter ou soustraire un même nombre aux deux membres d'une égalité. ?On peut multiplier ou diviser les deux membres d'une égalité par un même nombrenon nul. b.Inégalités ?On peut ajouter membre à membre des inégalités de même sens. ?On peut ajouter ou soustraire un même nombre aux deux membres d'une inégalité.

?On peut multiplier ou diviser les deux membres d'une inégalité par un même nombrestrictement positif sans changer le sens de l'inégalité.

?On peut multiplier ou diviser les deux membres d'une inégalité par un même nombrestrictement négatif en changeant le sens de l'inégalité.

1

II Notion de polynôme.

1.Notion de polynôme.Une fonction polynôme est une fonction qui à un nombre réelxassocie un nombre qui se

calcule à l'aide de puissances entières positives dex(par exemplef?x??x

3?3x2?5 est une

fonction polynôme, alors queg?x??7 x

2ouh?x??2x?1n'en sont pas).

Sifest une fonction polynôme dex, le plus grand exposant dexqui apparaît dans l'écriture de f?x?s'appelle le degré defet se note degf(dans l'exemple, degf?3).

2.Signe du polynôme du premier degré.On a une fonction polynômefdexdu premier degré, c'est à dire que l'on peut écrire

f?x??ax?baveca?0. On a le résultat :

Propositionf?x?s'annule si et seulement si x??b

a et f?x?est du signe de a si x??b aet du signe opposé à celui de a si x??b a 2

CHAPITRE 2:DROITES DU PLAN

I Equations de droites

On rappelle qu'une droite est définie par deux points distincts.

PropositionUn repère du plan(le plus souvent orthonormé)étant choisi,les droites du plan sont

exactement les ensembles qui ont une équation de la forme: D:ax?by?c où a et b ne sont pas simultanément nuls. Exemple :D: 2x?3y?6 (le point de coordonnées?0,?2?appartient à cette droite, mais pas celui de coordonnées ?2,2?) On a trois cas, qui permettent de simplifier cette équation. ?Sia?0,b?0, l'équation peut s'écrirey?cb qui est de la formey?k. Ce sont exactement les droites parallèles à l'axe des abscisses. ?Sia?0,b?0, l'équation peut s'écrirex?ca qui est de la formex?k. Ce sont exactement les droites parallèles à l'axe des ordonnées. ?Sia?0,b?0, l'équation peut s'écrirey??a b x?cbqui est de la formey?mx?p.m s'appelle le coefficient directeur (ou la pente) de la droite, etpson ordonnée à l'origine.

II Représentation graphique

?Sia?0, la droiteDa une équation de la formey?ketDest parallèle à?Ox? ?Sib?0, la droiteDa une équation de la formex?ketDest parallèle à?Oy? ?Sia?0 etb?0, on a deux façons : -On garde l'équation généraleax?by?cet on cherche les coordonnées des points 3 d'intersection deDavec les axes. On aAc/a 0etB0 c/b. Ceci donne deux types de dessin selon queaetbsont de même signe ou de signe contraire. -Ou bien on met l'équation deDsous forme réduiteD:y?mx?p, on donne deux valeurs àx, ce qui permet de calculer deux valeurs deyet donc d'avoir les coordonnées de deux points deD.

III Trouver une équation deD.

On a deux points distincts dont on connait les coordonnéesAxA yAetBxB yB. ?Six A?xB, la droiteDest parallèle à l'axe des ordonnées, et elle a une équation qui estx?xA. ?Siy A?yB, la droiteDest parallèle à l'axe des abscisses, et elle a une équation qui esty?yA. ?Six

A?xBetyA?yB, on a deux possibilités :

-On peut chercher une équation deDsous la formeax?by?c. Comme les coordonnées de Aet deBvérifient cette équation,a,b,csont solutions du système : 4 axA?byA?c ax

B?byB?c

Attention, ce système admet une infinité de solutions, c'est dû au fait qu'une droite a une infinité d'équations générales. (Voir en exercice). -On peut chercher une équation réduite deDde la formey?mx?p. On peut facilement voir quemest donné par m?y

B?yAxB?xA

et on calculepen écrivant par exemple queyA?mxA?p(voir les exercices). IV Droites parallèles et droites perpendiculaires.

1.Droites parallèles.SoitDetD

?deux droites du plan. Alors : ?SiD:x?ketD ?:x?k?les deux droites sont parallèles. ?SiD:y?ketD ?:y?k?les deux droites sont parallèles. ?SiD:ax?by?c, les droitesD ?parallèles àDont nécessairement une équation complète de la formeD ?:ax?by?c? ?SiD:y?mx?petD?:y?m?x?p?, alorsDetD?sont parallèles ssim?m?

Exemples:

?Doites d'utilité : la consommation d'une quantitéxd'un bien A et dune quantitéyd'un bien B procure une utilité (voir cours de micro-économie du second semestre) u?x,y??3x?5y. On appelle courbe d'indifférence de niveaukl'ensemble des consommations ?x,y?qui donnent la même utiliték. Ces courbes d'indifférence sont donc des droites d'équation 3x?5y?k. Elles sont donc parallèles entre elles. Voilà un petit dessin :

00.511.52

y

0.5 1 1.5 2 2.5 3

x (on n'a gardé que les segments correspondants àx?0 ety?0) ?Droites de budget : Le prix unitaire d'un bien A est de 3 euros, et celui d'un bien B est de 2 euros. On appelle droite de budgetRl'ensemble des points de coordonnées?x,y?tels qu'une consommation dexunités de A et deyunités de B coûte exactementReuros. Ces droites ont pour équation :D: 3x?2y?R. Il s'agit encore de droites parallèles entre elles. On peut les dessiner : 5

0123456

y

1 2 3 4

x (droites de budget 5, 8, 10, 13)

2.Doites perpendiculaires (repère orthonormal).

?SiD:x?kalors les droites perpendiculaires àDsont les droitesD ?d'équationy?k? ?SiD:y?mx?petD?:y?m?x?p?, alorsDest perpendiculaire àD?si et seulement si mm ???1 ?SiD:ax?by?cetD ?:a?x?b?y?c?, alorsDest perpendiculaire àD?si et seulement siaa ??bb??0

V Séparation.

Tout repose sur la propriété suivante :

PropositionSoit D:ax?by?c.Cette droite partage le plan en deux demi-plans:pour tout couple ?x,y?coordonnées d'un point situé dans un de ces demi-plans,l'inégalité ax?by?c est

vérifiée,alors que c'est l'inégalité contraire qui est vérifiée dans l'autre demi-plan.

Comme on sait que c'est toujours la même inégalité qui est vérifiée quand on reste dans le même

demi plan, il suffit de choisir (graphiquement) un point dans un demi-plan et de regarder, pour les coordonnées

?x,y?de ce point, quelle est l'inégalité vérifiée. On est sûr que cette inégalité sera

vérifiée dans tout le demi-plan du point choisi, et que ce sera l'inégalité contraire dans l'autre

demi-plan. Prenons la droite de budgetD: 3x?2y?20. On calcule l'expression 3x?2yen?0,0?

où elle vaut évidemment 0, qui est non moins évidemment?20. On en déduit le dessin suivant :

6

CHAPITRE 3:FONCTIONS D'UNE VARIABLE

I Notion de dérivée

fest une fonction deRdansR(on dit : fonction numérique d'une variable réelle). On appelle C

sa courbe représentative dans un repère.Aest un point de cette courbe.Aa donc pour coordonnées

a,f?a??. Si cette courbe est suffisamment régulière (lisse), il y a une droite qui est "la plus proche

possible" de C autour deA. On l'appelle la tangente à C au pointA. Cette droite?T?a un coefficient directeur, que l'on appelle le nombre dérivé defenaet que l'on notef ??a?. Cette tangente a donc pour équation : y?f ??a??x?a??f?a? f ??a??x?a??f?a?est une valeur approchée def?x?à condition quexsoit proche dea.

Comme cette droite est "proche" de

?C?autour deA, on peut s'en servir pour obtenir des valeurs approchées def?x?sixn'est pas trop loin dea. Exemple : la quantité produite d'un bien est une fonctionQdu capitalKdonnée par :

Q?K??2K

3/2. On veut avoir une valeur approximative de la quantité produite siK?1,01

kiloeuros, siK?1,1 kiloeuros et siK?1,5 kiloeuros.

Les valeurs "exactes" (données parQ?K??2K

3/2?sont respectivement 2,03007 ; 2,3074 et

3,674.

L'équation de la tangent à la courbe

?C?au pointA 1

2esty?3?K?1??2 ce qui donne

comme valeurs approchées, en remplaçantKsuccessivement par 1,01 ; 1,1 ; 1,5 les valeurs suivantes poury: 2,03 ; 2,3 ; 3,5. Qu'en pensez-vous ?

On peut voir également graphiquement quef

??a?est une valeur approchée du quotientf?x??f?a?x?a , toujours à condition quexsoit proche dea: on dit simplement que le coefficient

directeur de la tangente est peu différent du coefficient directeur de la sécante qui passe par

A ?a,f?a??etM??x,f?x?? Si on peut faire ça pour tous les points d'un intervalleIpar exemple, on définit une nouvelle fonction deIdansR, que l'on appelle la fonction dérivée defet que l'on notef ?. On a les résultats bien connus qui permettent de calculer les fonctions dérivées. 7 PropositionSi f et g sont des fonctions dérivables sur un intervalle I,alors: ?f?g est dérivable sur I et?f?g? ??x??f??x??g??x? ?af est dérivable sur I et?af? ??x??af??x? ?fg est dérivable sur I et?fg? ??x??f??x?g?x??f?x?g??x? ?Si g ne s'annule pas sur I,fg est dérivable sur I etfg??x??f ??x?g?x??f?x?g??x? g 2?x? ?Si f est dérivable en a et g est dérivable en f?a?,alors g?f est dérivable en a et g?f? ??a??f??a??g??f?a??

Si on rajoute à cette proposition les dérivées des fonctions usuelles, on est prêtà dériver à peu

près n'importe quoi. On a : f f ?D kconstante 0R x1R x n,n?Nnxn?1R 1x ?1 x2R??ouR?? x1 2xR?? xn,nquelconquenxn?1R?? un,nquelconquenu?un?1selonu

Application : la notion de coût marginal.

On suppose que le coût de production d'un bien est une fonction de la quantitéqproduite :C?q?.

Le coût marginalC

m?q?pour une quantitéqest le coût supplémentaire pour produire une unité de plus. Autrement ditC m?q??C?q?1??C?q?que l'on peut écrire C m?q??C?q?1??C?q? ?q?1??q??C?q Cm?q?est donc peu différent deC??q?et d'autant plus queqest grand. On prendra comme définition : C m?q??C??q?

II Quelques compléments

?Si une fonctionfestdérivable sur un intervalleI, on peut construire sa fonction dérivéef ?. Sif?

est à son tour dérivable surI, on peut construire sa fonction dérivée, que l'on appelle la dérivée

seconde defet que l'on notef ??. Par exemple, sif?x??x3, on a, pour toutx?0f??x??3x2et f

???x??6x. On peut continuer ainsi et définir les dérivées troisième, quatrième, etc...

?Une valeur dexpour laquellef ?s'annule s'appelle un point critique ou un point stationnaire de f. ?Une valeur dexpour laquellef ??s'annule et change de signe s'appelle un point d'inflexion pourf. 8

CHAPITRE 4:Fonctions de deux variables

En économie on a souvent deux variables à partir desquelles on calcule, quand cela est possible,

une fonction de ces deux variables:par exemple la fonction de production d'un bien est souvent une

fonction du capital et du travail ( la quantité produite par une usine est fonction de lasomme investie

et du nombre d'heures travaillées) ..

On va donc s'intéresser à des fonctions du type :(x,y)?f?x,y?et en économie on se placera dans

le cas où x et y sont des réels positifs.

Généralités

?Ensemble de définition de f

C'est l'ensemble noté D

fdes couples(x,y) pour lesquels on peut calculer f(x,y) et c'est donc une partie deR?R exemples: ?f?x,y??x

2?2xy?2y3l'ensemble de définition defestR?R

-g?x,y??2x ?yl'ensemble de définition degest??x,y?/x?0et y?0??R??R? -h?x,y??10x1 3y?1

4l'ensemble de définition dehest

??x,y?/x quelconque et y?0??R?R -k?x,y??3x2?xyl'ensemble de définition de k est ??x,y?/ 3x

2?xy?0????x,y?/x?3x?y??0?

D Pour représenter cet ensemble de définition on se place dans le plan muni d'un repère(O, i,j) et on trace la droite d'équation y?3x -15-10-5051015 -4 -2 2 4 x Indiquer les points dont les coordonnées (x,y) appartiennent à D k

?Représentation graphique d'une fonction de deux variablesOn cherche à représenter les points qui ont pour coordonnéesx,yetf?x,y?: c'est donc un

ensemble de points à représenter dans un espace de dimension 3; aussi on considère un repère

?O, i,j,k?qui permet de caractériser un point de l'espace par ses trois coordonnées: xabscisseyordonnée etzcôte avec

OM?xi?yj?zk

9 -1-0.500.51 -2 -1 1 2-2 -1 1 2 L'ensemble des pointsMde coordonnées?x,y,f?x,y??est la représentation graphique defou surface représentative defnotéeS fdans le repère ?O, i,j,k? Mde coordonnées?x,y,z?appartient àSfsi et seulement si?x,y?appartient àDfetz?f?x,y) exemples:f?x,y??25?x

2?y2etg?x,y??x2?y2

?Cas particuliers des fonctions affines z?ax?by?coùa,betcsont des constantes ; la surface représentative est un plan exemples:z?1 etz?x?y -4-2024x-4 -2024y0

0.511.52012345x0

12345y-4

-2024 ?Fonctions partielles associées à?x,y??f?x,y? On peut fixer l'une des deux variables et considérer la fonctionfcomme fonction de l'autre variable : yfixé(yest alors une constante) on étudiex?f?x,y?;pour y??ylespointsdecoordonnées(x, 10 ?y,f?x,?y???sontles points d'intersection de la surfaceSfet duplan d?équation y? yparallèleauplanxOz xfixé (xest alors une constante) on étudiey?f?x,y?; pour x??xles points de coordonnées (?x, y,f??x,y??sont les points d'intersection de la surfaceS fet du plan d?équationx??xparallèle au plan yOz z?f?x,y??25?x 2?y2

1.avec y?4 donnez?9?x2avec x?3 donnez?16?y2

-3-2-10123x3.99 3.995 4 4.005

4.01y0

0.511.522.532.9

2.95 3 3.05

3.1x-4

-2 0 2 4y0 1234

Courbes de niveau

On cherche les couples?x,y?deD

fpermettant d?obtenir un niveaukpour la fonctionfétudiée; c'est la courbe de niveauket la représentation graphique ( ensemble des points de coordonnées ?x,y,f?x,y??k?) est l'intersection deS favec le plan parallèle au planxOyd?équationz?k.

1.exemple: le niveau 0 dez?f?x,y??25?x

2?y2est le cercle d'équationx2?y2?25dans le

planxOyd'équationz?0 ; de même le niveau 4 dez?f?x,y??25?x

2?y2est le cercle d'équation 16?25?x2?y2

oux2?y2?9 dans le plan d?équationz?4 Pour un niveau de la fonction de production on parle d'isoquante; pour un niveau de la fonction coût on parle d'isocôut .

Dérivées partielles

?Définitions Si la fonction partiellex?f?x,y?est dérivable on note?f ?x ?x,y?sa fonction dérivée en?x,y?qui est appelée dérivée partielle defenxpour?x,y?ouf x??x,y?ou en économie fonction marginale par rapport à la première variable x notéef mx?x,y?;

1.si la fonction partielley?f?x,y?est dérivable on note?f

?y ?x,y?sa fonction dérivée en?x,y?qui est appelée dérivée partielle defenypour?x,y? ouf y??x,y?ou en économie fonction marginale par rapport à la deuxième variable y notéefmy ?x,y?. Exemples?f?x,y??2x2y?3xy?x?y?5 admet des dérivées partielles en x et en y pour tout (x,y) données par :?f ?x ?x,y??4xy?3y?1 et?f ?y?x,y??2x2?3x?1

1.?g?x,y??xy

?3x?4y?5 avecxetypositifsg?x,y??x?y?3x?4y?5 11 gadmet des dérivées partielles enxet enypour tout?x,y?deR???R??données par?g ?x ?x,y??1

2x?3 ;?g

?y?x,y??12y?4 ?La fonction de production d'une entreprise estQ?Q?K,L??5KL?K

2?3L2;avecKnombre d'unités de capital utilisées et

Lnombre d'unités de travail employées pour le nombreQd'unités produites La productivité marginale du travail estPmL?5K?6Let la productivité marginale du capital estPmK?5L?2K Utilisation pour le calcul de valeurs approchées : on se trouve pourxproche dex0ou poury proche dey 0; on calcule le niveau defpour?x

0;y0?et si on connaît?f

?x?x0,y0?ou?f ?y?x0,y0? on peut en déduire que pourxproche dex

0par exemplex?x0?hety0inchangé alors

f?x

0?h,y0??f?x0,y0???f

?x?x0,y0??h

1.on peut en déduire que pouryproche dey

0par exempley?y0?ketx0inchangé alors

f?x

0,y0?k??f?x0,y0???f

?y?x0,y0??k on peut en déduire que pour?x,y?proche de?x

0,y0?par exemple?x,y???x0?h,y0?k?

alors f?x0?h,y0?k??f?x0,y0???f ?x?x0,y0??h??f ?y?x0,y0??k Plan tangent en un pointM0de la surface représentative def: Si la fonctionfest définie et admet des dérivées partielles en?x

0;y0?alors il existe un plan

tangent enM

0point de cordonnées?x0;y0;f?x0;y0??à la surface représentativeSfdef; c'est le plan

d'équationz?f?x

0;y0???f

?x?x0,y0???x?x0???f ?y?x0,y0???y?y0?

Taux marginal de substitution technique

?Exemple introductif La fonction de production d'une entreprise est donnée par Q?Q?L,K??5KL?K2?3L2Le niveau de production obtenu pourL?100 et pour

K?200 estQ?100,200??100000?40000?30000?30000

Si on diminue le niveau de travail de 100 à 99 (?L??1?de combien doit-on faire varier le capital pour maintenir un niveau de production égal à 30000? On peut faire le calcul exact et chercher la valeur de K solution de Q(99,K)?30000 et proche de 200 ;on doit donc résoudre l'équation 12

5?99K?K2?3?992?30000 ou encoreK2?495K?30000?29403?0 soit

K

2?495K?59403?0 de discriminant 7413 ;les racines sont en valeur arrondie 290,55 et

204,45 et la solution proche de 200 est 204,45.Il faut donc compenser la perte d'une unité de

travail par l'augmentation de 4,45 unités de capital (?K?4,45?pour conserver le même niveau de production qu'avec 100 unités de travail et 200 unités de capital. On va construitre une approximation de ce calcul exact grâce aux dérivées partielles ou fonctions marginales. ?Soit un couple de valeurs(x,y?appartenant à la courbe de niveaukdefc'est à diref?x,y??k ;on fait varierxdex à x? ?xet on cherche la variation à imposer alors ày(y passe deyà y? ?y?pour que le couple?x? ?x,y? ?y?soit aussi sur la courbe de niveauk;on a donc : f? ?x? ?x,y? ?y??f?x,y??ket pour (?x,?y?"faible" on peut utiliser la valeur approchée de f? ?x? ?x,y? ?y?donnée par les dérivées partielles en (x,y?et écriref? ?x? ?x,y? ?y??f?x,y???f ?x ?x,y?? ?x??f ?y?x,y?? ?yce qui impose la relation ?f ?xquotesdbs_dbs9.pdfusesText_15

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