Fonctions à deux variables
25 jan. 2012 Pour calculer ces dérivées partielles on dérive en considérant l'une des deux variables comme une constante (on dit qu'on dérive la fonction f ...
Fonctions de deux variables
Ca se dessine ou se visualise. Page 6. Dérivées partielles. Pour une fonction de deux variables il y a deux
Dérivées des fonctions de plusieurs variables (suite) 1 La
On demande de calculer les dérivées partielles de la fonction de deux variables h = f ? g. Pour se ramener au théorème général et ne pas s'embrouiller il est
Fonctions de 2 et 3 variables
Une fonction à 2 variables est un objet qui à tout couple de nombres Les dérivées partielles premières étant des fonctions de deux variables on peut ...
Fonctions de 2 et 3 variables
Une fonction à 2 variables est un objet qui à tout couple de nombres Les dérivées partielles premières étant des fonctions de deux variables on peut ...
Comprendre les dérivées partielles et leurs notations
Pour calculer la dérivée partielle de f suivant la première variable x on fixe Considérons une fonction de deux variables scalaires.
5. Dérivées de fonctions de plusieurs variables
Fonction de deux variables. ? Soit f une fonction de deux variables définie de R2 dans R. ? Les dérivée partielles de f au point (x y) = x ? R2 sont.
Fonctions de plusieurs variables
gaz est une fonction de deux variables : sa température T et le volume V des dérivées partielles dans toutes les directions et `a tous les ordres.
Fonctions de plusieurs variables
1 nov. 2004 Théor`eme 1 Soit f une fonction de deux variables définie au voisinage de (0 0). Si les dérivées partielles ?f. ?x.
2.3 Dérivabilité en plusieurs variables
For fonctions de plusieurs variables la situation est tr`es différente. des axes de reference on parle de dérivée partielle de la fonction par.
Leçon 02 – Cours : Fonctions à plusieurs variables
3 1 Fonctions implicites dans le cas de deux variables Tout d'abord expliquons ce qu'est une fonction implicite Lorsqu'on étudie une fonction x ? y = f(x) y est explicitement fonction de x c'est à dire que connaissant les différentes valeurs de x on peut calculer directement y
Dérivée partielle — Wikipédia
Pour pouvoir calculer la dérivée partielle d’une expression constituée d’unefonctiondontlesargumentssontdesexpressionsnontrivialecomme par exemple Bfpu2;uv;cospuvqq Bu il faut faire appel à la règle de dérivation en chaîne qui exprime les dérivées partielles de la composition de deux fonc-
Fonctions de deux variables - unicefr
Pour une fonction d´erivable f d’une variable on se rappelle que l’´equation de la tangente au graphe au point (af(a)) est y = f(a)+(x ?a)f0(a) Si f est `a deux variables c’est presque pareil l’´equation du plan tangent au point (abf(ab)) est z = f(ab)+(x ?a)f0 x(ab)+(y ?b)f0 y(ab) Exemple
Chapitre 8 Fonctions de deux variables - Unisciel
De même la fonction partielle f y est la fonction qui à tout réel yassocie f(x;y) Ces fonctions partielles sont des fonctions de R vers R on peut donc les étudier comme telles (dérivée tableau de ariationv limites ) 2 Limites et continuité Dé nition 6 : Soit fune fonction dé nie sur un ouvert Ude R2 et M 0 = (x 0;y
Qu'est-ce que la dérivée partielle d'une fonction de plusieurs variables ?
En mathématiques, la dérivée partielle d'une fonction de plusieurs variables est sa dérivée par rapport à l'une de ses variables, les autres étant gardées constantes. C'est une notion de base de l' analyse en dimension , de la géométrie différentielle et de l' analyse vectorielle.
Comment calculer la dérivée partielle d'une fonction?
Pour tout réel y y fixé, la fonction x ? e x cos y x ? e x cos y est dérivable sur R R, ce qui justifie l'existence de la dérivée partielle par rapport à la première variable dans le premier exemple. La justification est identique pour les autres fonctions et on trouve respectivement :
Quelle est la fonction de deux variables?
Dans ce cas, on a une fonction de 2 variables f u v?,? Dans laquelle les deux variables uet vdépendent à leur tour de deux autres variables (disons xet y).
C'est quoi la dérivée partielle ?
C'est une notion de base de l' analyse en dimension , de la géométrie différentielle et de l' analyse vectorielle. La dérivée partielle de la fonction par rapport à la variable est souvent notée .
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5. D´eriv´ees de fonctions de plusieurs
variablesMTH1101
C. Audet, G. Jomphe, S. Le Digabel
Polytechnique Montr´eal
A2022 v7MTH1101: Calcul I1/49
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Plan1. D´eriv´ees partielles
2. Approximations lin´eaires
3. Difff´erentielle
4. Difff´erentiabilit´e
5. D´erivation en chaˆıne
6. D´eriv´ee directionnelle
7. D´eveloppement de Taylor pour les fonctions de plusieurs
variablesMTH1101: Calcul I2/49
1/72/73/74/75/76/77/7
1. D´eriv´ees partielles
2. Approximations lin´eaires
3. Difff´erentielle
4. Difff´erentiabilit´e
5. D´erivation en chaˆıne
6. D´eriv´ee directionnelle
7. D´eveloppement de Taylor pour les fonctions de plusieurs
variablesMTH1101: Calcul I3/49
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Fonction de une variable
Soitfune fonction de une variable d´eifinie deRdansR La d ´eriv´eede fau pointx∈Rest f ′(x) =dfdx (x) = limh→0f(x+h)-f(x)h (si cette limite existe) f′(x)est aussi appel´e letaux de va riation(instantann ´e)ou la pente de la tangente au graphe en x On peut approcherf′(x)par l'expression suivante o`uhest petit (d´eriv´ee amont) : f ′(x)≃f(x+h)-f(x)hMTH1101: Calcul I4/49
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Fonction de deux variables
Soitfune fonction de deux variables d´eifinie deR2dansR Les d ´eriv´eepa rtiellesde fau point(x,y) =x∈R2sont ∂f∂x (x) =∂∂x f(x) =fx(x) = limh→0f(x+h,y)-f(x)h ∂f∂y (x) =∂∂y f(x) =fy(x) = limh→0f(x,y+h)-f(x)hMTH1101: Calcul I5/49
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Fonction de deux variables : D´eriv´ees secondes D´eriv´ees secondes :2f∂x
2(x) =∂∂x
∂f∂x (x) =∂∂x (fx(x)) =fxx(x)2f∂x∂y
(x) =∂∂x ∂f∂y (x) =∂∂x (fy(x)) =fyx(x)Mˆeme logique pourfyyetfxy
Si lesd´eriv´ees mixtesfxyetfyxexistent et sont continues, alors elles sont ´egales :fxy(x) =fyx(x)Matrice hessienne
de fen(x):H(x) =∇2f(x) =fxx(x)fyx(x)
f xy(x)fyy(x) ∈R2×2 (sym´etrique quandfxy(x) =fyx(x))MTH1101: Calcul I6/491/72/73/74/75/76/77/7
Fonction denvariables
Soitfune fonction denvariables d´eifinie deRndansRSoitx= (x1,x2,...,xn)
Lesnd´eriv´ees partielles defenxsont, pouri= 1,2,...,n: ∂f∂x i(x) = limh→0f(x1,x2,...,xi-1,xi+h,xi+1,...,xn)-f(x)h Le gradient est le vecteur des d ´eriv´eespa rtielles: ∇f(x) =∂f∂x1(x),∂f∂x
2(x),...,∂f∂x
n(x)MTH1101: Calcul I7/49
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Exemples 1 et 2
1.Donner le gradient def(x,y) = cos5x3y2-xy3, puis
∇f(1,0)2.Donner le gradient et la matrice hessienne de
f(x,y) =x2-y2, puis exprimer-les en0MTH1101: Calcul I8/491/72/73/74/75/76/77/7
Approximation des d´eriv´ees partielles
M´ethode des difff´erences ifinies illustr´ee sur une fonction de deux variables, selon unpetitd´eplacement enxnot´e∆x:D´eriv´ee amont :
f x(x)≃f(x+ ∆x,y)-f(x)∆xD´eriv´ee aval :
f x(x)≃f(x)-f(x-∆x,y)∆xD´eriv´ee centr´ee :
f x(x)≃f(x+ ∆x,y)-f(x-∆x,y)2∆xMTH1101: Calcul I9/491/72/73/74/75/76/77/7
Approximation des d´eriv´ees : Avec une tableOn dispose des 4 valeurs suivante def(x,y):x
1x2y 1v 1v2 y 2v 3v4Les d´eriv´ees amont donnent :
∂f∂x2-x1=v2-v1x
2-x1 ∂2f∂y∂x (x1,y1) =∂fx∂y f x(x1,y2)-hv2-v1x2-x1iy
2-y1≃h
v4-v3x 2-x1i -hv2-v1x2-x1iy
2-y1De mˆeme :∂2f∂x∂y
(x1,y1)≃h v4-v2y 2-y1i -hv3-v1y2-y1ix
2-x1 Ces approximations ne respectent pas forc´ement f xy(x) =fyx(x)MTH1101: Calcul I10/491/72/73/74/75/76/77/7
Approximation des d´eriv´ees : Avec des courbes de niveau Exemple 3 :Exercice 4.1.10 page 157MTH1101: Calcul I11/491/72/73/74/75/76/77/7
1. D´eriv´ees partielles
2. Approximations lin´eaires
3. Difff´erentielle
4. Difff´erentiabilit´e
5. D´erivation en chaˆıne
6. D´eriv´ee directionnelle
7. D´eveloppement de Taylor pour les fonctions de plusieurs
variablesMTH1101: Calcul I12/49
1/72/73/74/75/76/77/7
Approximation lin´eaire
Motivation :Approximer, en un point, une fonction quelconque par une autre plus simple telle une droite ou un plan (la possibilit´e de faire ceci sera discut´ee lors de la d´eifinition de la difff ´erentiabilit´e Une approximation lin´eaire (aiÌifiÌine) est une fonction de la formeL(x,y) =ax+by+c
G´eom´etriquement cela signiifie que :
f(x)sera approxim´ee par une droite :f(x)≃ax+b Pour trouver cette approximation, il est n´ecessaire de faire appel augradientMTH1101: Calcul I13/491/72/73/74/75/76/77/7
Gradient
Legradientest le vecteur des d´eriv´ees partielles : ∇f(x) =∂f∂x1(x),∂f∂x
2(x),...,∂f∂x
n(x) Pour une fonctionf(x,y,z), en un pointx0= (x0,y0,z0), on note ∇f(x0) =∂f∂x (x0)⃗i+∂f∂y (x0)⃗j+∂f∂z (x0)⃗k Le gradient est un vecteur qui est perpendiculaire `a une courbe de niveauf(x,y) =cou `a une surface de niveau f(x,y,z) =cMTH1101: Calcul I14/491/72/73/74/75/76/77/7
Vecteur normal `a une surface
Pour obtenir un vecteur normal-→N`a une courbe ou une surface de niveau, en un pointx0, il suiÌifiÌit de prendre -→N(x0) =±∇f(x0)Exemple 4 :Donner un vecteur normal `a la surface
z=g(x,y) =x2+y2(cˆone parabolique) au pointx0= (0,0,0)MTH1101: Calcul I15/491/72/73/74/75/76/77/7
Plan tangent `a une surface (1/3)
On cherche l'´equation du plan tangent `a une surfacez=f(x,y) au point de contactp0= (x0,y0,z0) = (x0,z0)∈R3entre le plan et la surface. Soitp= (x,y,z)∈R3un point appartenant au plan tangentPosonsF(x,y,z) =z-f(x,y). La surface de niveau
F(x,y,z) = 0correspond `a la surfacez=f(x,y)
Comme∇F(x0,z0)est orthogonal au vecteur--→p0p, alors le produit scalaire entre ces vecteurs est nul :1/72/73/74/75/76/77/7
Plan tangent `a une surface (2/3)
Le produit scalaire
devient ∂F(x0,z0)∂x ∂F(x0,z0)∂y ∂F(x0,z0)∂z x-x0 y-y0 z-z0 = 0 qui donne l'´equation du plan tangent `a la surface : ∂F(x0,z0)∂x (x-x0)+∂F(x0,z0)∂y (y-y0)+∂F(x0,z0)∂z (z-z0) = 0MTH1101: Calcul I17/491/72/73/74/75/76/77/7
Plan tangent `a une surface (3/3)
∂F(x0,z0)∂x (x-x0) +∂F(x0,z0)∂y (y-y0) +∂F(x0,z0)∂z (z-z0) = 0CommeF(x,y,z) =z-f(x,y), on a :
∂F(x0,z0)∂x =-∂f(x0)∂x ,∂F(x0,z0)∂y =-∂f(x0)∂y , et∂F(x0,z0)∂z = 1 z0=f(x0)compl`ete l'´equation du plan tangent : z=f(x0) +∂f(x0)∂x (x-x0) +∂f(x0)∂y (y-y0) |{z}L(x,y)=ax+by+c
L'approximation estf(x,y)≃L(x,y)(fonction lin´eaire (aiÌifiÌine) enxety)MTH1101: Calcul I18/491/72/73/74/75/76/77/7
1. D´eriv´ees partielles
2. Approximations lin´eaires
3. Difff´erentielle
4. Difff´erentiabilit´e
5. D´erivation en chaˆıne
6. D´eriv´ee directionnelle
7. D´eveloppement de Taylor pour les fonctions de plusieurs
variablesMTH1101: Calcul I19/49
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Difff´erentielle pour une fonction `a une variable Soity=f(x). On cherche `a approximer un accroissement∆ydey lorsquexsubit un accroissement de∆xDifff´erentielle dex:dxpeut prendre n'importe quelle valeur, dont∆xDifff´erentielle dey: Variation de
l'ordonn´ee de la tangente : dy(x) =df(x) =f′(x)dx (avecx=asur la ifigure)On af′(x) =dydx
(x) =dfdx (x)et la variation de la fonction est : ∆f(x) = ∆y(x)≃dy(x) =f′(x)dxMTH1101: Calcul I20/491/72/73/74/75/76/77/7
Difff´erentielle pour une fonction `a deux variables z=f(x,y) Difff´erentielles dexety:dxetdy(ind´ependantes)On peut poserdx= ∆xetdy= ∆y
Difff´erentielle totale :
df(x,y) =dz(x,y) = f x(x,y)dx+fy(x,y)dy=∂f(x,y)∂x dx+∂f(x,y)∂y dy (not´e aussidf=dz=∂f∂x dx+∂f∂y dy) Approximation num´erique de la variation defen(x,y): ∆f(x,y) = ∆z(x,y)≃dz(x,y)MTH1101: Calcul I21/491/72/73/74/75/76/77/7
Propri´et´es
Sifest constante, alorsdf= 0
Sif=f1+f2, alorsdf=df1+df2
Sif=f1f2, alorsdf=df1f2+f1df2
Sif=1f
2, alorsdf=-df2/f22
Sif=f1f
2, alorsdf=df1f2-f1df2f
22MTH1101: Calcul I22/49
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Exemples
Exemple 5 :
Calculerdzpourf(x,y) =z=x2+ 3xy-y2
Sixvarie de 2 `a 2.05, etyde 3 `a 2.96, comparer∆zetdz Exemple 6 :Trouver la difff´erentielle deR, la r´esistance ´equivalente de deux r´esistances connect´ees en parall`eles : 1R =1R 1+1R 2 Exemple 7 :On mesure le rayonr0d'un ballon et on constate qu'il est de 30cm avec une erreur de mesure de±1cm. Quelle est l'erreur maximale associ´ee au volume du ballon?MTH1101: Calcul I23/49
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1. D´eriv´ees partielles
2. Approximations lin´eaires
3. Difff´erentielle
4. Difff´erentiabilit´e
5. D´erivation en chaˆıne
6. D´eriv´ee directionnelle
7. D´eveloppement de Taylor pour les fonctions de plusieurs
variablesMTH1101: Calcul I24/49
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Introduction
La notion de difff´erentiabilit´e permettra de r´epondre `a la question : Est-il possible d'approximer localement au point x0= (x0,y0), une fonctionfpar une fonction lin´eaireL?
G´eom´etriquement, puisqu'en g´en´eralz=f(x,y)repr´esente une surface dans l'espace, la question est de savoir s'il existe un plan tangent ` acette sur faceau p ointde c ontact p0= (x0,y0,f(x0,y0)) = (x0,z0). Si oui, la fonction sera dite
difff´erentiable enp0. Sinon elle seranon difff´erentiable enp0 Une fonction difff´erentiable en tout point de son domaine est dite difff´erentiableMTH1101: Calcul I25/49
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Difff´erentiabilit´e : D´eifinition
Soit la fonctionz=f(x,y)deDf⊆R2dansR
Soientx0= (x0,y0)etx0+ ∆x= (x0+ ∆x,y0+ ∆y)deux points deDf festdifff ´erentiablesi la va riationde la fonction p eutse d´ecomposer sous la forme ∆z=f(x0+∆x)-f(x0) =fx(x0)∆x+fy(x0)∆y+ε1∆x+ε2∆y (ε1etε2sont des fonctions de∆xet∆y)MTH1101: Calcul I26/491/72/73/74/75/76/77/7
Difff´erentiabilit´e : Th´eor`emes
Sifxetfyexistent et sont continues au pointx, alorsfest difff´erentiable enx Si une fonctionfest difff´erentiable en un point, alors elle est continue en ce point (r´eciproque fausse, voirexemple 8)MTH1101: Calcul I27/491/72/73/74/75/76/77/7
Difff´erentiabilit´e : Exemples
Exemple 8 :Montrer quef(x,y) =px
2+y2n'est pas
difff´erentiable en(0,0)Exemple 9 :Montrer que la fonction suivante est
difff´erentiable en(0,0): f(x,y) =( x4x2+y2+ysi(x,y)̸= (0,0)
0sinonMTH1101: Calcul I28/49
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1. D´eriv´ees partielles
2. Approximations lin´eaires
3. Difff´erentielle
4. Difff´erentiabilit´e
5. D´erivation en chaˆıne
6. D´eriv´ee directionnelle
7. D´eveloppement de Taylor pour les fonctions de plusieurs
variablesMTH1101: Calcul I29/49
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Fonctions de une variable
R`egle de
d ´erivationen cha ˆıne p ourune comp ositionde fon ctions d'une seule variable : Siy=f(x)etx=g(t)avecfetg difff´erentiables, alorsyest une fonction difff´erentiable detet dydt =dydx dxdtMTH1101: Calcul I30/49
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Fonctions de deux variables : Cas 1
Sif(x,y)est difff´erentiable, et quex=g(t)ety=h(t)sont deux fonctions difff´erentiables det, alorsfest une fonction difff´erentiable detet dfdt =∂f∂x dxdt +∂f∂y dydtMTH1101: Calcul I31/49
1/72/73/74/75/76/77/7
D´erivation en chaˆıne : Exemples
Exemple 10 :
Trouver
dzdt ent= 0 avec z=x2y+ 3xy4 x= sin2t Exemple 11 :SoitPV= 8.31T. Calculer le taux de variation dePlorsqueTvaut300et croˆıt de0.1par seconde, et que V= 100et croˆıt de0.2par secondeMTH1101: Calcul I32/491/72/73/74/75/76/77/7
Fonctions de deux variables : Cas 2
Sif(x,y)est difff´erentiable, et quex=g(s,t)ety=h(s,t)sont deux fonctions difff´erentiables desett, alorsfest une fonction difff´erentiable desettet ∂f∂s =∂f∂x ∂x∂s +∂f∂y ∂y∂s ∂f∂t =∂f∂x ∂x∂t +∂f∂y ∂y∂tMTH1101: Calcul I33/49
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D´eriv´ees secondes : Exemple 12
Soit la fonction continue et difff´erentiablef(x,y) avecx=s+tety=s-tCalculer
∂f∂s ,∂f∂t ,∂2f∂s2, et∂2f∂s∂t
MTH1101: Calcul I34/49
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