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Niveau Maths sup
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arccos et arctan

Posté par
seb21
25-09-08 à 19:24

bonjour j'ai un probleme avec une question d'un dm de maths.

f(x)=2Arccos((1-x²)/(1+x))-Arctan(2x/(1-x²))

Après avoir déterminer l'ensemble de définition et de dérivabilité de f, calculer f'(x)
Puis montrer que :
a)pour x[0;1[, f(x)=2Arctanx
b)pour x ]-1;0[, f(x)=-6Arctanx

j'espere que vous pourrez m'aider
merci

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 19:26

Bonjour, seb21

Avant que je te donne une aide, je voudrais savoir ce que tu as cherché ...

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 19:42

bonjour, pour l'ensemble de dérivabilité et de définition on a fait le cour aujourd'hui mais je comprens pas trop comment faire.
pour f'(x) j'ai essayer de remplacer arcos'((1-x²)/(1+x²)) par -1/(1-'(1-x²)/(1+x²))²)  et arctan'(2x/(1-x²)) par 1/(1+(2x/(1-x²)²) mais j'arrive a rin je tombe sur f'(x)=(-((1+2x²+x^4))*(1+2x²+x^4)-(1-2x²+x^4)*x)/((1+2x²+x^4)*x)
et pour exprimer f'x) je vois pas du tout comment faire.

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 19:55

Bonsoir,

ta dérivée est fausse!

5$\left(\arccos(u(x))\right)'=\frac{-(u(x))'}{\sqrt{1-(u(x))^2}}

Et

5$\left(\arctan(u(x))\right)'=\frac{(u(x))'}{1+(u(x))^2}

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:15

bonsoir j'ai essayer en rectifiant la dérivé mais je trouve
f'(x)=(-2+4x-4x²+12x^3-6x^4+12x^5-4x^6+4x^7)/(1+2x²+2x^4+2x^6+x^8)

est-ce juste et peut on le reduire?

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:18

De plus,

\arccos\frac{1-x^2}{1+x}=\arccos\left(1-x\right)

Cette simplification est correcte puisque le domaine ne change pas.

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:20

désolé j'ai oublier un carré dans arcos c'est arcos((1-x²)/(1+x²))

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:21

En ce qui concerne l'ensemble de définition:
l'ensemble de définition de la fonction   arccos  est [-1,1].
On doit donc chercher l'ensemble des x pour lesquels  \frac{1-x^2}{1+x} est définie et appartient à  [-1,1].
Il s'agit donc de déterminer l'ensemble des x pour lesquels
-1\leq \frac{1-x^2}{1+x}\leq 1
Pour la résolution, ne pas oublier que  \frac{1-x^2}{1+x}=1-x


La fonction arctan est définie sur R. Il suffit donc de chercher l'ensemble des x pour lesquels \frac{2x}{1-x^2} est définie.

Et, à la fin, il faudra faire l'intersection des deux ensembles trouvés. Et on trouvera ]-1,1[.

En ce qui concerne le calcul de la dérivée:  Quent225  t'a indiqué tes fautes et t'a donné un moyen de les rectifier.

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:22

Ah oui... tout change alors! Je refais mes calculs.

Posté par
Drysss
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:22

Juste comme (arccos(u(x))'=0.
Peut être faut il mieux parler de arccos'(u(x))

(c'est pas pour faire mon chieur mais certains profs sont très durs avec ca : ils mettent 0 tout de suite à la fois à ta dérivée et à ta note)

Sinon, on va ptet y aller bout par bout :
Derive x-> (1-x²)/(1+x)
derive x->(2x/(1-x²))

Je ne sais pas comment tu arrives à des x^8...

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:24

Citation :
Et on trouvera ]-1,1[.


Euh... moi j'avais trouvé [0,1[u]1,2] pour Df

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:28

Citation :
Juste comme (arccos(u(x))'=0.
Peut être faut il mieux parler de arccos'(u(x))


Je ne suis pas si sur... dans mon livre de maths (Espace Math 66) ils écrivent ça comme ça!

De plus

5$\arccos'(u(x))\neq\frac{-(u(x))'}{\sqrt{1-(u(x))^2}}

Enfin je crois

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:28

Derive x-> (1-x²)/(1+x²)
je trouve une dérivé =-4x/(1+2x²+x^4)

derive x->(2x/(1-x²))
je trouve une dérivé =(2+2x²)/(1-2x²+x^4)

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:30

En fait il aurait fallu noter:

Soit u une fonction,

5$\left(\arccos(u)\right)'=\frac{-u'}{\sqrt{1-u^2}}


Qui dit mieux?

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:31

Bon, j'arrive vraiment après la battaille

Dans le calcul de la dérivée, il faut penser à utiliser des factorisations. Par exemple:

\sqrt{1-\left(\frac{1-x^2}{1+x^2}\right)^2} = \frac{\sqrt{(1+x^2)^2-(1-x^2)^2}}{1+x^2}= \frac{\sqrt{4x^2}}{1+x^2} =\frac{2|x|}{1+x^2}

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:32

Tes dérivées sont juste! Essaye cependant de garder les dénominateurs sous forme factorisée... c'est plus pratique!

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:40

pour arcos'((1-x²)/(1+x²)) je trouve -4x/((1+x²)+2|x|)

pour arctan'(2x+(1-x²)) je trouve (2+2x²)/((1-x²)²+4x²)

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:44

en reduisant pour arctan'(2x+(1-x²)) je trouve 2/(1+x²)

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:45

La dérivée de   arctan \frac{2x}{1-x^2}   vaut \frac{2}{1+x^2}  parce que    (1-x²)²+4x²=(1+x²)²

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:46

La première est fausse (tu devrais trouver 2x au lieu de -4x)

Pour la 2e, il y a moyen de simplifier les choses

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:48

En fait, la 1re est fausse tout court...

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:51

Derive x-> (1-x²)/(1+x²)
je trouve une dérivé =-4x/(1+x²)²
est-ce juste parceque si ca c'est faut ...

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:52

Pour la dérivée du terme en arccos, on obtient si x est positif:   \frac{2}{1+x^2}  et si x est négatif    -\frac{2}{1+x^2}


J'en profite au passage pour souligner que le domaine de définition de ta fonction est R privé de 1 et -1  (compte tenu de la rectification d'énoncé, qui a été faite)

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:52

Oui c'est juste.

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 20:55

mais je trouve le contraire de perroquet si x est positif |x|=x donc

-2x/((1+x²)|x|)=-2/(1+x²)

et si x négatif |x|=-x donc -2x/((1+x²)|x|)=2/(1+x²)

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:04

4$\begin{eqnarray}
 \\ -\frac{\frac{-4x}{(1+x^2)^2}}{\sqrt{1-\left(\frac{1-x^2}{1+x^2}\right)^2}}&=&-\frac{\frac{-4x}{(1+x^2)^2}}{\frac{\sqrt{(1+x^2)^2-(1-x^2)^2}}{1+x^2}}\\
 \\ &=&-\frac{\frac{-4x}{(1+x^2)}}{\sqrt{(2x^2)2}}\\
 \\ &=&\frac{2x}{(1+x^2)|x|}
 \\ \end{eqnarray}

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:06

la dérivée du terme en arccos =(-4x/(1+x²)²)/((4x²)/(1+x²))
                              =(-4x/((1+x²)2|x|)
                              =-2x/((1+x²)|x|)



est-ce juste?

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:07

ah ok en faite j'avais oublié le - de la dérivé de arcos

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:12

mais comment on fait pour calculer la dérivé de f(x) vu kil y a deux cas pour la dérivé de arccos?

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:13

En effet,...

La suite?

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:19

Pour x positif  f'(x)=\frac{2}{1+x^2}
Pour x négatif  f'(x)=\frac{-6}{1+x^2}

J'en profite pour préciser que l'ensemble de dérivabilité de f est  R privé de -1,0,1; f n'est pas dérivable en 0.

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:21

Pour autant que je puisse vérifier, ce que tu a écris est correct.

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:28

pourriez vouz m'expliquer pourquoi f n'est pas dérivable en 0?

Posté par
Quent225
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:30

Parce que en 0 f admet deux tangentes. (cf. point anguleux)

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:31

ok merci

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:33

Pour montrer que
pour x[0;1[, f(x)=2Arctanx
pour x ]-1;0[, f(x)=-6Arctanx

vous pourriez me donner un piste pour demarrer?

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 21:47

peut on faire
pour x[0;1[ f'(x)=2/(1+x²)=2Arctan'(x) donc f(x)=2Artan(x)
de même pour x ]-1;0[ f'(x)=-6/(1+x²)=-6Arctan'(x) donc f(x)=-6Artan(x)

a t-on le droit?

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 22:09

Si deux fonctions f et g ont même dérivée sur un intervalle I, alors, f-g est constante.

Donc, dans ton raisonnement, on peut affirmer que  f(x)- 2 arctan(x) est constante sur ]0,1[. Il faut déterminer la valeur de la constante, par exemple en regardant en  x=\frac{1}{\sqrt{3}}

C'est le même principe sur  ]-1,0[

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 22:31

en remplacent x par 1/3  
je trouve 2arcos(1/2)-arctan[(smb]racine[/smb]3)-2arctan(1/3)
comment reduire?

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 22:33

arccos(1/2)=pi/3 ...

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 22:36

arctan3=pi/3 et arctan1/3=pi/6
donc la constante est égale a 0

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 22:45

j'ai trouver aussi une constante de 0 pour]-1;0[
j'ai une dernière question
on demande de déterminer des expression similaires de f(x) sur les autres intervalles de l'ensemble de définition de f
je vois pas ce qu'ils veulent

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 23:10

C'est la même idée. Sur les autres intervalles, f(x) vaut  2 arctan x + C  ou -6 arctan x + C, C étant une constante à déterminer. Pour déterminer la constante, faire tendre x vers +\infty ou -\infty

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 23:17

quelle est la lim de arctanx quand x tend vers l'nfini?

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 23:19

pi/2?

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 23:26

lim((1-x²)/(1+x²))=-1 en plus l'infini
donc lim arcos((1-x²)/(1+x²))=pi

lim(2x/(1-x²))=0
donc lim arctan(2x/(1-x²))=0

donc lim f(x) en plus l'infini =2pi

lim artan(x)=pi/2
don lim 2arctan(x)=pi
donc c=pi
??

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 25-09-08 à 23:33

La constante est en effet égale à pi sur   ]1,+l'infini[
Il reste à déterminer cette constante sur   ]-l'infini,-1[

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 23:46

lim((1-x²)/(1+x²))=-1 en -l'infini
donc lim arcos((1-x²)/(1+x²))=pi

lim(2x/(1-x²))=-l'infini
donc lim arctan(2x/(1-x²))=-pi/2


donc lim f(x) en moins l'infini =3pi/2

lim artan(x)=-pi/2
donc lim -6arctan(x)=3pi

donc c=3pi/2
??

Posté par
seb21
re : arccos et arctan 25-09-08 à 23:50

a non
lim f(x) en moins l'infini =5pi/2


donc c=-pi/2

Posté par
perroquet
re : arccos et arctan 26-09-08 à 00:20

La limite de  2x/(1-x²) en moins l'infini est égale à 0  ...

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