[PDF] Fonctions de 2 ou 3 variables Si f est une fonction (à





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ENSEMBLES DE NOMBRES

ENSEMBLES DE NOMBRES. I. Définitions et notations Non exigible Par exemple ?* est l'ensemble des nombres réels privé de 0. 8. Inclusions.



Fonctions de 2 ou 3 variables

Si f est une fonction (à 2 ou 3 variables) l'ensemble des valeurs en lesquelles de domaine de définition D(f ) = R et la contrainte.



I. Ensemble de définition dune fonction

I. Ensemble de définition d'une fonction. Définition 1. Soit D un intervalle ou une réunion d'intervalles de ? . Une fonction f de D dans.



Fonction Trigo

Ensemble de définition = R . (rappel de 1er : cos ' x = - sin x ). Quel que soit le réel x cos(x + 2?) = cos x ; On dit que la fonction cosinus est 



Fonction carré

Définition : on appelle fonction carré la fonction. 2 x x définie sur R. Remarques : ? Tout réel admet un carré ; l'ensemble de définition de la fonction 



DÉRIVATION

Définition : On dit que la fonction f est dérivable en a s'il existe un nombre Dérivée f '. Ensemble de définition de f ' f (x) = a a ?R. R f '(x) = 0.



domaine de définition Exercice 3

La composée de deux fonctions impaires est une fonction impaire. 4. Soient E une partie de R et f : E ! R une fonction impaire sur le domaine D. Alors.



4. Fonctions usuelles

est une fonction impaire. Remarque : Lorsque le domaine de définition Df d'une fonction f vérifie la condition: ?x ? R x ? Df ? 



FONCTION EXPONENTIELLE 1 Définition de la fonction « exp » : 2

Ensemble de définition : La fonction exp est définie sur R tout entier et ?x ? R



Sans titre

RAPPELS ET COMPLÉMENTS. Le symbole



x < 2} = {0

. {x ? R



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Définitions : - L'intersection de deux ensembles A et B est l'ensemble des éléments qui appartiennent à A et à B et se note A?B



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L'ensemble des nombres réels est habituellement noté R l'ensemble des Définition 1 Deux ensembles sont disjoints si A ? B = ? (ensemble vide)

Définitions : -. L'intersection de deux ensembles A et B est l'ensemble des éléments qui appartiennent à A et à B et se note A?B.
  • Quel est l'ensemble R * ?

    On note R? l'ensemble des nombres réels dont on a enlevé le nombre 0 . On note R+ l'ensemble des nombres réels positifs. On note R? l'ensemble des nombres réels négatifs.
  • C'est quoi l'ensemble ? * ?

    L'ensemble ? vient de l'appellation naturale attribuée à Peano. Il désigne l'ensemble des nombres entiers naturels (exemples : 0 1 2 3 7). Si l'on note ?*, cela signifie que l'on exclut le zéro. L'ensemble ? vient de l'allemand zahlen qui signifie compter.
  • Comment définir un ensemble de définition ?

    Déterminer l'ensemble de définition à partir de l'expression de f ( x ) f(x) f(x) Si on donne l'expression d'une fonction f, par exemple f ( x ) = x 2 + 3 x f(x)=x^2+3x f(x)=x2+3x, l'ensemble de définition a priori sera l'ensemble de tous les réels de ?? jusqu'à +?.
  • Chacun des objets qui constituent un ensemble donné.

    Soit l'ensemble E = {0, 2, 6, 8}. Soit l'ensemble F = {a, b, c, d}. Soit l'ensemble G = {a, 2, b, 8}.
Fonctions de 2 ou 3 variables ??PQFonctions de 2 ou 3 variablesAdministrationÉconomique etSociale

Mathématiques

XA100M

??PQ1.DÉFINITIONSUnefonctionà 2variablesest un objetquià toutcoupledenombresréels (x,y) associeau plusun nombre réel. Sifest une telle fonction, on note f:R×R→R. Sifassocie un nombre à (x,y), on notef(x,y) ce nombre. On dit qu"on peut évaluerfen (x,y) etf(x,y) est lavaleurdefen (x,y). Une fonction à 3 variables est un objet qui à tout triplet de nombres réels (x,y,z) associeau plusun nombre réel. Sifest une telle fonction, on note f:R×R×R→R. Sifassocie un nombre à (x,y,z), on notef(x,y,z) ce nombre. On dit qu"on peutévaluerfen (x,y,z) etf(x,y,z) est lavaleurdefen (x,y,z). ??PQSifest une fonction (à 2 ou 3 variables), l"ensemble des valeurs en lesquelles on peut évaluerfest ledomaine de définitiondef. On noteD(f). ??PQExemple Soit f:R×R→R (x,y)?→1x-y. C"est une fonction à 2 variables qu"on peut évaluer en tous les couples (x,y) tels quex-y?=0. Ainsi

D(f)=?(x,y)?R×R:x?=y?.

On a f(2,3)=12-3=-1. ??PQExemple Soit g:R×R×R→R (x,y,z)?→? ?yzxsix?=0

0 sinon.

C"est une fonction à 3 variables qu"on peut évaluer en tous les couples (x,y,z). Ainsi

D(g)=R×R×R.

On a g(2,3,1)=3×12=32etg(0,32,12)=0. ??PQ2.EXTREMUMS SOUS CONTRAINTE:MÉTHODE DE SUBSTITUTION2.1.Extremums sous contrainte.Soit f:R×R→R (x,y)?→f(x,y) une fonction de deux variables et c:R×R→R (x,y)?→c(x,y) une deuxième fonction de deux variables. Chercher lemaximumdefsouslacontraintec(x,y)=0 c"est chercher, parmi tous les couples (x,y) deD(f) tels quec(x,y)=0, celui pour lequelf(x,y) est maximum.

Un couple (x0,y0) deD(f) est un maximum sous la contraintec(x,y)=0 si+c(x0,y0)=0;+pour tout couple (x,y) deD(f) tel quec(x,y)=0, on a

!Une fonction peut ne pas avoir de maximum sous contrainte. ??PQChercher leminimum defsous la contraintec(x,y)=0 c"est chercher, parmi tous les couples (x,y) deD(f) tels quec(x,y)=0, celui pour lequelf(x,y) est minimum.

Un couple (x0,y0) deD(f) est un minimum sous la contraintec(x,y)=0 si+c(x0,y0)=0;+pour tout couple (x,y) deD(f) tel quec(x,y)=0, on a

f(x,y)≥f(x0,y0). !Une fonction peut ne pas avoir de minimum sous contrainte. ??PQ2.2.Méthode par substitution. Objectif :chercher les extremums d"une fonction de deux variablesfsous la contraintec. Limite de la méthode :pas toujours réalisable.

Mise en oeuvre :dans la contraintec(x,y)=0, exprimer(1)la variablexen fonction dey: on obtientx=h(y)(2)ou la variableyen fonction dex: on obtienty=h(x).

Dans les deux cas,hest une fonction deunevariable. Les valeursf(x,y) de- viennent alors(1)soitg(y)=f?h(y),y?dans le premier cas;(2)soitg(x)=f(x,h(x))dans le second cas. Il faut alors chercher les extremums de la fonctiongqui est une fonction d"une variable (cf.TD 4 de méthodologie). ??PQExemple

On considère la fonction

f(x,y)=2xy de domaine de définitionD(f)=Ret la contrainte c(x,y)=2x+3y-6. Les couples (x,y) tels quec(x,y)=0 sont ceux tels que y=2-23x. Ainsi, les couples vérifiantc(x,y)=0 sont transformés parfen f(x,y)=f? x,2-23x? =2x?

2-23x?

et on doit étudier les extremums de g(x)=2x?

2-23x?

??PQOn calcule g ?(x)=-83x+4. Ainsig?(x)>0 pourx<32etg?(x)<0 pourx>32etga un maximum atteint en x=32. On a alors y=2-23×32=1. ce maximum est atteint en?32,1?et vaut f ?32,1? =3. 0.

??PQ3.DÉRIVÉES PARTIELLES PREMIÈRES ET DEUXIÈMES3.1.Dérivées partielles premières des fonctions à deux variables.

Soitf:R×R→R

(x,y)?→f(x,y) une fonction à 2 variables. de la fonctionf y:R→R x?→f(x,y) existe enx. On note∂f∂x:R×R→R (x,y)?→f?y(x,y).

Pour calculer

∂f∂x, on dérivefpar rapport à la variablexen considéranty comme un nombre constant. de la fonctionf x:R→R y?→f(x,y) existe eny. On note ∂f∂y:R×R→R (x,y)?→f?x(x,y).

Pour calculer

∂f∂y, on dérivefpar rapport à la variableyen considérantx comme un nombre constant. ??PQExemple

Soitf:R×R→R

(x,y)?→x2?y+y. On a

D(f)=?(x,y)?R×R:y≥0?.

Siyest constant, la dérivée dex2?y+ypar rapport àxest 2x?ydonc ∂f∂x(x,y)=2x?y. La fonctionfadmet une dérivée partielle par rapport àxsurD(f). Sixest constant, la dérivée dex2?y+ypar rapport àyestx212?y+1 donc ∂f∂y(x,y)=x212?y+1. La fonctionfadmet une dérivée partielle par rapport àxsur ?(x,y)?R×R:y>0??=D(f). ??PQ3.2.Dérivées partielles deuxièmes des fonctions à deux variables. éventuellement les dériver de nouveau par rapport à la première ou deuxième variable. ??PQOn note∂2f∂x2=∂∂x? ∂f∂x? rapport àxdef. On l"appelledérivéepartielledeuxièmedefparrapportàx.

On note

∂2f∂x∂y=∂∂x? ∂f∂y? rapport àydef. On l"appelledérivée partielle deuxième defpar rapport à (x,y). ??PQOn note∂2f∂y∂x=∂∂y? ∂f∂x? rapport àxdef. On l"appelledérivée partielle deuxième defpar rapport à (y,x).

On note

∂2f∂y2=∂∂y? ∂f∂y? rapport àydef. On l"appelledérivée partielle deuxième defpar rapport à y. ??PQ3.3.Dérivées partielles premières des fonctions à trois variables.

Soitf:R×R×R→R

(x,y,z)?→f(x,y,z) une fonction à 3 variables. On dit quefadmet unedérivée première par rapport àxen(x,y,z) si, la dé- rivée de la fonctionf y,z:R→R x?→f(x,y,z) existe enx. On note ∂f∂x:R×R×R→R (x,y,z)?→f?y,z(x,y,z).

Pour calculer

∂f∂x, on dérivefpar rapport à la variablexen considérantyetz comme des nombres constants. ??PQDe même∂f∂yest la fonction de trois variables obtenue en dérivantfpar rap- port àyaprès avoir supposéxetzconstants.

De même

∂f∂zest la fonction de trois variables obtenue en dérivantfpar rap- port àzaprès avoir supposéxetyconstants. ??PQ3.4.Dérivées partielles deuxièmes des fonctions à trois variables.

Siaest l"une des lettresx,yetz,

sibest l"une des lettresx,yetz,

2f∂a∂b=∂∂a?

∂f∂b?

est la dérivée partielle première par rapport àade la dérivée partielle première

defpar rapport àb. On l"appelle dérivée partielle deuxième defpar rapport

à (a,b).

??PQ4.EXTREMUMS SOUS CONTRAINTE:MÉTHODE DELAGRANGEOncherchelesextremumsdelafonctiondedeuxvariablesfsouslacontrainte

c. Objectif :chercher les extremums d"une fonction de deux variablesfsous la contraintec. Limite de la méthode :cette méthode ne fournit que descandidats. Elle donne une liste de couples (x0,y0) et s"il existe un extremum, il doit être dans cette liste. Cas particulier :si la liste des candidats est vide, il n"y a pas d"extremum. Mise en oeuvre :à partir de la fonctionfet de la contraintecon construit une fonction de trois variables g(x,y,λ)=f(x,y)+λc(x,y).

On calcule les trois dérivées partielles

??PQLa liste des candidats est l"ensemble des solutions de ???????∂g∂x=0 ∂g∂y=0 ∂g∂λ=0. ??PQExemple

On cherche les extremums de

f(x,y)=4?xy sous la contrainte c(x,y)=x+y-6=0.

La fonction associée est

g(x,y,λ)=4?xy+λ(x+y-6). On a

Les candidats sont donc les solutions de

??????2 ?y?x+λ=0 2 ?x?y+λ=0 x+y-6=0. ??PQL"équation

2?y?x+λ=0

donne y=λ24x.

L"équation

2?x?y+λ=0

donne alors -4λ+λ=0 donc-4+λ2=0 puisλ=-2 ouλ=2. ??PQL"équationx+y-6=0 devient alors x+λ24x-6=0 puis

2x-6=0.

On a alorsx=3. Mais,y=λ24xdoncy=3.

SIla fonctionfadmet un extremum sous la contraintec, cet extremum est atteint en (3,3) et vaut f(3,3)=12.

??PQ5.REPRÉSENTATION GRAPHIQUE DES FONCTIONS À DEUX VARIABLES´Pour représenter graphiquement une fonction de une variable, on peut

procéder ainsi : on choisit deux axes graduésΔxetΔyqui forment un angle droit.ΔyΔxO

??PQPour tracer le point représentatif de?x,f(x)?,(1)On repèrexsur l"axeΔxen le plaçant à distancexdeO-en mesurant de gauche à droite six≥0-en mesurant de droite à gauche six<0(2)On repèref(x) sur l"axeΔyen le plaçant à distancef(x) deO-en mesurant de bas en haut sif(x)≥0-en mesurant de haut en bas sif(x)<0(3)On trace une droite parallèle àΔypassant par le point repéré surΔx(4)On trace une droite parallèle àΔxpassant par le point repéré surΔy(5)Le point représentatif de?x,f(x)?est le point à l"intersection des deux

droites tracées précédemment. La courbe defest l"ensemble des points représentatifs de?x,f(x)?lorsquex prend toutes les valeurs du domaine de définition def. ??PQΔyΔxO3f(3)(3,f(3)) ??PQΔyΔxO-3f(-3)(-3,f(-3)) ??PQPour représenter graphiquement une fonction de deux variables (x,y)?→f(x,y) il faut remplacer la feuille par l"espace. On place dans cet espace trois axesΔx, yetΔzgradués et tels que chaque axe est orthogonale aux deux autres..ΔyΔxΔzO

??PQPour tracer le point représentatif de?x,y,f(x,y)?,(1)On repèrexsur l"axeΔxen le plaçant à distancexdeO-en mesurant de gauche à droite six≥0-en mesurant de droite à gauche six<0(2)On repèreysur l"axeΔyen le plaçant à distanceydeO-en mesurant de bas en haut sif(x)≥0-en mesurant de haut en bas sif(x)<0(3)On repèref(x,y) sur l"axeΔzen le plaçant à distancef(x,y) deO-en mesurant d"arrière en avant sif(x,y)≥0-en mesurant d"avant en arrière sif(x,y)<0.(4)On trace une droite parallèle àΔypassant par le point repéré surΔx(5)On trace une droite parallèle àΔxpassant par le point repéré surΔy(6)On trace un pointPà l"intersection des deux droites tracées précédem-

ment(7)On trace la parallèle àΔzen ce point(8)On trace la parallèle àOPpassant par le point repéré surΔz(9)Le point représentatif de (x,y,f(x,y)) est à l"intersection des deux der-

nières droites tracées. (x,y) prend toutes les valeurs du domaine de définition def.ΔzΔyΔxO34Pf(3,4)(3,4,f(3,4)) ??PQf(x,y)=?x2+y2.

??PQ6.LIGNES DE NIVEAUSur le graphe d"une fonction à deux variablesf, le point représentatitf de?x,y,f(x,y)?est àhauteurf(x,y).

Uneligne de niveaude hauteurKdefest l"ensemble des couples (x,y) tels quef(x,y)=K. Exemple :sif(x,y)=x+y, la ligne de niveau de hauteurKdefest l"en- semble des (x,y) tels que x+y=K c"est-à-dire y=K-x. ??PQExemple Sif(x,y)=?x2+y2et siK≥0, la ligne de niveau defde hauteurKest l"en- semble des points (x,y) tels que ?x2+y2=K c"est-à-dire x

2+y2=K.

C"est un cercle de rayonKet de centreO.

??PQ7.TANGENTES´Sifest une fonction deunevariable, la tangente au graphe defau point d"abscisse 0 est une droite d"équation y=f(x0)+(x-x0)f?(x0). Exemple :sif(x)=2x2, on af?(x)=4x. Six0=1, la tangente au graphe def au point d"abscisse 1 est y=2+(x-1)×4=4x-2. ??PQ ??PQDans le cas d"une fonction à 2 variables, c"est leplan tangentqu"on étudie. Sifest une fonction à deux variables dont on sait calculer les dérivées pre- mières, l"équation du plan tangent àfau point d"abscissex0et ordonnéey0 est

Exemple :sif(x,y)=x2y3, on a

En le point d"abscissex0=1 et d"ordonnéey0=2, on a alors

Ainsi, l"équation du plan tangent est

z=16x+12y-32. ??PQquotesdbs_dbs33.pdfusesText_39
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