Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.
📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Soit $U$ un ouvert de $\mathbb{R}^n$ et $f: U \to \mathbb{R}^p$.
Différentiabilité : $f$ est différentiable en $a \in U$ s'il existe une application linéaire $L$ telle que $f(a+h) = f(a) + L(h) + o(|h|)$. On note $L = df_a$.
Lien avec les dérivées partielles : Si $f$ est différentiable, alors les dérivées partielles existent et la matrice de $df_a$ dans la base canonique est la matrice Jacobienne $J_f(a) = (\frac{\partial f_i}{\partial x_j}(a))$.
Condition suffisante : Si $f$ est de classe $C^1$ sur $U$, alors $f$ est différentiable sur $U$.
Méthodes à maîtriser
Calculer la différentielle : Utiliser la matrice Jacobienne ou les propriétés de linéarité.
Vérifier la différentiabilité : Vérifier la continuité des dérivées partielles (théorème $C^1$).
Appliquer la règle de la chaîne : $d(g \circ f)a = dg{f(a)} \circ df_a$.
Exemples corrigés
Exemple 1 : Soit $f(x,y) = x^2y$. $df_{(x,y)}(h_1, h_2) = 2xyh_1 + x^2h_2$.
Exemple 2 : Gradient d'une fonction scalaire $f$ : $\nabla f = (\frac{\partial f}{\partial x_1}, \dots, \frac{\partial f}{\partial x_n})$.
Erreurs fréquentes
Confondre dérivées partielles et différentiabilité (l'existence des dérivées partielles n'implique pas la différentiabilité).
Oublier le reste $o(|h|)$ dans la définition.
Ne pas préciser que $U$ est un ouvert.
🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR
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Soit $f(x,y) = x^3y$. La différentielle $df_{(1,1)}$ est :
❓ Questions fréquentes
Est-ce que si toutes les dérivées partielles existent, la fonction est différentiable ?
Non, ce n'est pas suffisant. L'existence des dérivées partielles garantit seulement la continuité selon les axes, mais pas la différentiabilité. Il faut que les dérivées partielles soient continues (classe $C^1$) pour garantir la différentiabilité.
💡 À retenir : $C^1 \implies$ Différentiable, mais Dérivées partielles existantes $\not\implies$ Différentiable.
Kifach n7seb la matrice Jacobienne d'une fonction f: mathbb{R}^2 to mathbb{R}^2 ?
Tu écris $f(x,y) = (f_1(x,y), f_2(x,y))$.
Tu calcules les 4 dérivées partielles : $\frac{\partial f_1}{\partial x}, \frac{\partial f_1}{\partial y}, \frac{\partial f_2}{\partial x}, \frac{\partial f_2}{\partial y}$.
Tu les places dans la matrice : $J_f = \begin{pmatrix} \frac{\partial f_1}{\partial x} & \frac{\partial f_1}{\partial y} \ \frac{\partial f_2}{\partial x} & \frac{\partial f_2}{\partial y} \end{pmatrix}$.
💡 À retenir : Ligne = fonction, Colonne = variable.
Chno hiya la différence bin la différentielle et le gradient ?
La différentielle $df_a$ est une application linéaire (un élément du dual), tandis que le gradient $\nabla f(a)$ est un vecteur de l'espace de départ. Dans un espace euclidien, ils sont liés par $df_a(h) = \langle \nabla f(a), h \rangle$.
Comment montrer qu'une fonction est de classe C^1 ?
Il suffit de calculer les dérivées partielles et de montrer qu'elles sont continues sur l'ouvert $U$.
💡 À retenir : La continuité des dérivées partielles est la condition clé.
Est-ce que la différentielle dépend du point a ?
Oui, la différentielle $df_a$ est une application linéaire qui dépend en général du point $a$ où l'on se place.
💡 À retenir : $df$ est une application de $U$ dans $\mathcal{L}(\mathbb{R}^n, \mathbb{R}^p)$.
Kifach nst3mlou la règle de la chaîne f calcul ?
Si tu as $h = g \circ f$, alors $dh_a = dg_{f(a)} \circ df_a$. En termes de matrices, cela devient le produit des matrices Jacobiennes : $J_h(a) = J_g(f(a)) \times J_f(a)$.
💡 À retenir : Composition des fonctions = Produit des matrices.
Qu'est-ce qu'un développement limité à l'ordre 1 ?
C'est l'approximation affine : $f(a+h) = f(a) + df_a(h) + o(|h|)$. C'est exactement la définition de la différentiabilité.
💡 À retenir : Différentiabilité = DL à l'ordre 1.
Est-ce que la différentielle est unique ?
Oui, si elle existe, l'application linéaire $df_a$ est unique.
💡 À retenir : L'unicité découle de la définition de la limite.
Comment calculer la dérivée directionnelle selon un vecteur u ?
Si $f$ est différentiable, la dérivée directionnelle est simplement $df_a(u)$. Si $u$ est un vecteur unitaire, c'est $\langle \nabla f(a), u \rangle$.
💡 À retenir : $D_u f(a) = df_a(u)$.
La différentielle d'une constante est-elle nulle ?
Oui, si $f(x) = c$, alors $f(a+h) - f(a) = 0$, donc $df_a = 0$.
💡 À retenir : $d(c) = 0$.
Peut-on utiliser la différentielle pour les fonctions à valeurs vectorielles ?
Oui, tout à fait. La définition reste la même, la différentielle est alors une application linéaire de $\mathbb{R}^n$ vers $\mathbb{R}^p$.
💡 À retenir : La théorie s'applique à $f: \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}^p$.
Est-ce que la différentielle commute avec la somme ?
Oui, $d(f+g)_a = df_a + dg_a$ par linéarité de la limite.
💡 À retenir : La différentiation est un opérateur linéaire.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
Soit $f: \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}$ définie par $f(x,y) = x^2 + xy + y^2$. Montrer que $f$ est différentiable sur $\mathbb{R}^2$ et calculer sa différentielle en tout point $(x,y)$.
Différentiabilité : f est différentiable en a∈U s'il existe une application linéaire L telle que f(a+h)=f(a)+L(h)+o(∥h∥). On note L=dfa.
Lien avec les dérivées partielles : Si f est différentiable, alors les dérivées partielles existent et la matrice de dfa dans la base canonique est la matrice Jacobienne Jf(a)=(∂xj∂fi(a)).
Condition suffisante : Si f est de classe C1 sur U, alors f est différentiable sur U.
Méthodes à maîtriser
Calculer la différentielle : Utiliser la matrice Jacobienne ou les propriétés de linéarité.
Vérifier la différentiabilité : Vérifier la continuité des dérivées partielles (théorème C1).
Appliquer la règle de la chaîne : d(g∘f)a=dgf(a)∘dfa.
Exemples corrigés
Exemple 1 : Soit f(x,y)=x2y. df(x,y)(h1,h2)=2xyh1+x2h2.
Exemple 2 : Gradient d'une fonction scalaire f : ∇f=(∂x1∂f,…,∂xn∂f).
Erreurs fréquentes
Confondre dérivées partielles et différentiabilité (l'existence des dérivées partielles n'implique pas la différentiabilité).
Oublier le reste o(∥h∥) dans la définition.
Ne pas préciser que U est un ouvert.
Soit f(x,y)=x3y. La différentielle df(1,1) est :
3h1+h2
h1+3h2
3h1+3h2
h1+h2
Non, ce n'est pas suffisant. L'existence des dérivées partielles garantit seulement la continuité selon les axes, mais pas la différentiabilité. Il faut que les dérivées partielles soient continues (classe C1) pour garantir la différentiabilité.
💡 À retenir : C1⟹ Différentiable, mais Dérivées partielles existantes ⟹ Différentiable.
Tu écris f(x,y)=(f1(x,y),f2(x,y)).
Tu calcules les 4 dérivées partielles : ∂x∂f1,∂y∂f1,∂x∂f2,∂y∂f2.
Tu les places dans la matrice : Jf=(∂x∂f1∂x∂f2∂y∂f1∂y∂f2).
💡 À retenir : Ligne = fonction, Colonne = variable.
La différentielle dfa est une application linéaire (un élément du dual), tandis que le gradient ∇f(a) est un vecteur de l'espace de départ. Dans un espace euclidien, ils sont liés par dfa(h)=⟨∇f(a),h⟩.