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Continuité et dérivabilité

Une fonction est continue en un point quand sa courbe n'a pas de cassure à cet endroit : la limite à gauche, la limite à droite et la valeur sont toutes égales. La dérivée est la pente de la tangente. Avec la dérivée d'une fonction composée, la dérivation implicite, les règles pour eˣ, ln x et les fonctions trigonométriques inverses, la dérivation logarithmique et les formes paramétriques, tu peux dériver presque toutes les fonctions du lycée. La dérivée seconde dit comment la pente elle-même change, c'est-à-dire comment la courbe se courbe.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Continuité : si tu peux tracer la courbe sans lever le crayon, la fonction est continue. La courbe rouge saute en x = 1, donc elle est coupée. La courbe verte est d'un seul tenant.
  2. La dérivée est la pente de la tangente. Dans y = sin(2x), 2x est à l'intérieur et sin à l'extérieur. Fonction composée : dérivée de l'extérieur fois dérivée de l'intérieur.
  3. Fonction implicite : le cercle x² + y² = 9 n'est pas écrit sous la forme y = quelque chose. On dérive les deux côtés par rapport à x, puis on isole dy/dx.
  4. La pente de eˣ est égale à sa hauteur en chaque point. La pente de ln x est 1/x. Prendre d'abord ln aide pour les puissances comme xˣ.
  5. Forme paramétrique : x = t², y = 2t. Alors dy/dx = (dy/dt) ÷ (dx/dt). La dérivée seconde dit comment la courbe se courbe.
  6. À toi : choisis une fonction, fais glisser x, et lis la valeur, la pente et la courbure.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Qu'est-ce qui rend exactement une courbe discontinue ?

Au point de cassure, la valeur qu'on atteint par la gauche n'est pas celle qu'on atteint par la droite, ou elle ne correspond pas à f(a). Dans la 3D, la courbe rouge arrive à 2 par la gauche mais repart de 3 à droite.

Pourquoi multiplie-t-on par la dérivée de l'intérieur dans la dérivée composée ?

La partie intérieure change plus vite ou plus lentement que x. Dans sin(2x), l'intérieur avance deux fois plus vite que x, donc chaque pente double. Regarde la tangente : sa pente atteint 2, pas 1.

Pourquoi d/dx(y²) contient-il un dy/dx ?

y lui-même dépend de x. Donc y² est une fonction dans une fonction : on dérive y² pour obtenir 2y, puis on multiplie par la façon dont y change avec x, c'est-à-dire dy/dx.

Pourquoi la pente de la tangente au cercle vaut-elle −x/y ?

En haut à droite du cercle, x et y sont positifs, donc la pente est négative (la courbe descend). Au point du haut, x = 0, la pente est 0, une tangente horizontale. Regarde le point qui bouge.

Pourquoi eˣ est-elle spéciale ?

C'est la seule sorte de fonction (avec ses multiples) dont la pente est toujours égale à sa hauteur. L'affichage montre la hauteur et la pente comme un même nombre.

Pourquoi ne puis-je pas diviser d²y/dt² par d²x/dt² ?

La dérivée seconde doit mesurer comment dy/dx change avec x. Il faut donc dériver dy/dx par rapport à t, puis diviser une seule fois par dx/dt.

Qu'est-ce que la continuité ?

Une fonction f est continue en x = a quand trois choses coïncident :

En bref : lim(x→a) f(x) = f(a). Si l'une manque ou est différente, la courbe a une cassure (un trou ou un saut) en a.

Les polynômes, sin x, cos x, eˣ et ln x (pour x > 0) sont continus partout où ils sont définis. Les sommes, différences, produits et quotients (dénominateur non nul) de fonctions continues sont aussi continus.

Dérivable implique continue, pas l'inverse

Si une fonction a une dérivée en a, elle est forcément continue en a. Mais |x| est continue en 0 et n'a pourtant pas de dérivée : la courbe a un coin pointu, donc la pente à gauche (−1) et la pente à droite (+1) ne sont pas égales.

Dérivée et fonction composée

La dérivée f′(x) est la pente de la tangente en x : f′(x) = lim(h→0) [f(x + h) − f(x)] / h.

Dérivée d'une fonction composée (une fonction dans une fonction) : si y = f(u) et u = g(x), alors dy/dx = (dy/du) × (du/dx).

Exemple : y = (3x + 1)⁵. Extérieur : u⁵ → 5u⁴. Intérieur : 3x + 1 → 3. Donc dy/dx = 5(3x + 1)⁴ × 3 = 15(3x + 1)⁴.

Dérivées des fonctions trigonométriques inverses

Pourquoi pour tan⁻¹x : posons y = tan⁻¹x, donc tan y = x. On dérive : sec²y · dy/dx = 1, donc dy/dx = 1/sec²y = 1/(1 + tan²y) = 1/(1 + x²).

Astuce : une bonne substitution comme x = tan θ transforme souvent une expression compliquée en une expression simple avant de dériver.

Fonctions implicites

Parfois x et y sont mélangés, comme dans x² + y² = 9 ou x³ + y³ = 3xy. Pas besoin d'isoler y. On dérive chaque terme par rapport à x, et chaque fois qu'on dérive quelque chose avec y, on multiplie par dy/dx (dérivée composée). Ensuite on regroupe les termes en dy/dx.

x² + y² = 9 → 2x + 2y·dy/dx = 0 → dy/dx = −x/y.

Fonctions exponentielles et logarithmes

Avec la dérivée composée : d/dx (e^(3x)) = 3e^(3x), d/dx ln(sin x) = cos x / sin x = cot x.

Dérivation logarithmique

On l'utilise quand l'exposant contient x (comme xˣ ou (sin x)^x), ou pour un long produit ou quotient.

  1. Prends ln des deux côtés : ln y = x ln x.
  2. Dérive : (1/y) dy/dx = ln x + 1.
  3. Multiplie par y : dy/dx = xˣ(1 + ln x).

Fonctions sous forme paramétrique

Parfois x et y dépendent tous deux d'une troisième variable t (un paramètre), comme x = t², y = 2t. Alors

dy/dx = (dy/dt) / (dx/dt), à condition que dx/dt ≠ 0.

Pour un cercle x = r cos t, y = r sin t : dy/dx = (r cos t)/(−r sin t) = −cot t.

Dérivée seconde

On dérive une fois de plus : d²y/dx² = d/dx (dy/dx), aussi notée f″(x) ou y₂.

Elle dit comment la pente change. f″ > 0 : la pente augmente, la courbe est tournée vers le haut comme un bol. f″ < 0 : elle est tournée vers le bas comme un chapeau.

Exemple : y = x³ → y′ = 3x² → y″ = 6x.

Pour les formes paramétriques : d²y/dx² = [d/dt (dy/dx)] ÷ (dx/dt). Ne divise pas simplement d²y/dt² par d²x/dt².

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. La fonction f(x) = 2x + 3 pour x ≤ 1 et f(x) = 6 − x pour x > 1 est-elle continue en x = 1 ?

Limite à gauche : 2(1) + 3 = 5. Limite à droite : 6 − 1 = 5. Valeur f(1) = 5. Les trois sont égales, donc f est continue en x = 1.

2. Trouve k pour que f(x) = kx² si x ≤ 2 et f(x) = 3 si x > 2 soit continue en x = 2.

Limite à gauche = valeur = 4k. Limite à droite = 3. Pour la continuité, 4k = 3, donc k = 3/4.

3. Dérive y = sin(x² + 5).

Extérieur sin u → cos u ; intérieur x² + 5 → 2x. dy/dx = cos(x² + 5) × 2x = 2x cos(x² + 5).

4. Dérive y = tan⁻¹(2x/(1 − x²)) pour −1 < x < 1.

Posons x = tan θ. Alors 2x/(1 − x²) = tan 2θ, donc y = 2θ = 2 tan⁻¹x. dy/dx = 2/(1 + x²).

5. Trouve dy/dx si x² + xy + y² = 7.

2x + (y + x·dy/dx) + 2y·dy/dx = 0. Donc dy/dx (x + 2y) = −(2x + y), ce qui donne dy/dx = −(2x + y)/(x + 2y).

6. Dérive y = e^(3x) · ln x.

Règle du produit : dy/dx = 3e^(3x) ln x + e^(3x)(1/x) = e^(3x)(3 ln x + 1/x).

7. Dérive y = xˣ (x > 0).

ln y = x ln x. (1/y) dy/dx = ln x + 1. dy/dx = xˣ(1 + ln x).

8. Si x = a cos t et y = a sin t, trouve dy/dx et d²y/dx².

dx/dt = −a sin t, dy/dt = a cos t, donc dy/dx = −cot t. d/dt(−cot t) = cosec²t. d²y/dx² = cosec²t ÷ (−a sin t) = −1/(a sin³t).

9. Si y = 3e^(2x) + 2e^(−x), montre que y″ − y′ − 2y = 0.

y′ = 6e^(2x) − 2e^(−x) ; y″ = 12e^(2x) + 2e^(−x). y″ − y′ − 2y = (12 − 6 − 6)e^(2x) + (2 + 2 − 4)e^(−x) = 0.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. f est continue en x = a quand :
2. d/dx (tan⁻¹x) =
3. Si x² + y² = 25, dy/dx =
4. d/dx (e^(5x)) =
5. Si x = t², y = t³, alors dy/dx =

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Que contient le chapitre Continuité et dérivabilité ?

La continuité en un point, les dérivées par fonction composée, trigonométrie inverse, forme implicite, exponentielle et logarithme, la dérivation logarithmique, les formes paramétriques et les dérivées secondes.

Toute fonction continue est-elle dérivable ?

Non. Une fonction peut être continue avec un coin pointu, comme |x| en 0, où il n'y a pas de dérivée.

Quand utiliser la dérivation logarithmique ?

Quand x apparaît dans l'exposant, comme xˣ, ou quand on a un long produit ou quotient.

Où c'est enseigné

ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Relations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Relations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Relations and functions
NetherlandsHAVO 5 (eindexamenjaar)Applied calculus (part 2)
NetherlandsVWO 5Differential and integral calculus (part 1)
NetherlandsVWO 6 (eindexamenjaar)Change (part 2)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IVOptimisation and calculus
RomaniaClasa a XI-aElements of mathematical analysis
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Spain1º BachilleratoMeasurement sense
Ukraine11 класAlgebra: exponential and logarithmic functions (40 h)
CBSE (India)Class 12Introduction to Derivatives
CBSE (India)Class 12Calculus
England (GCSE, A level)Year 13G Differentiation
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Limits and Continuity
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Differentiation: Definition and Fundamental Properties
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Differentiation: Composite, Implicit, and Inverse Functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Analytical Applications of Differentiation
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Limits and Continuity
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Differentiation: Definition and Fundamental Properties
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Differentiation: Composite, Implicit, and Inverse Functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Analytical Applications of Differentiation
Japan高校(専門学科)1〜3年Advanced Mathematics II
Japan高校3年Differentiation
South Korea고등학교 2학년Limits and continuity
South Korea고등학교 2학년Differentiation
South Korea고등학교 2학년Differentiation techniques
South Korea고등학교 3학년Differentiation techniques
South Korea고등학교 3학년Differentiation and economy
South Korea고등학교 3학년Limits and continuity
South Korea고등학교 3학년Differentiation
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 12Functions: antiderivatives, product and chain rule
FrancePremièreAnalysis
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FrancePremièreMathematics
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Russia11 классElements of calculus
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