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Niveau Maths sup
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Dérivée avec valeur absolue

Posté par
Sheeft
21-08-11 à 19:29

Bonjour à tous,

J'ai un problème, je dois étudier la fonction f(x) = \frac{3}{5}x + \frac{4}{5}\sqrt{|-x^2+4|}, et je dois avouer que j'ai un peu de mal…
En fait, j'ai commencé à la dériver par morceaux, mais nous sommes d'accord que ce n'est pas dérivable en -2 et en 2, je dois le démontrer aussi ?
Ensuite, pour mon étude de fonction, je le fais également par morceaux ?
Est-ce la bonne méthode ?

Sinon, j'ai pensé à utiliser |x| = \sqrt{x^2}, mais dans notre cas, cela n'est pas très utilisable car \sqrt{\sqrt{(-x^2+4)^2}} n'est pas une forme très maniable, et passer aux exposant poserai problème puisque \sqrt{\sqrt{(-x^2+4)^2}} = (\sqrt{(-x^2+4)^2})^{\frac{1}{2}} = ((-x^2+4)^2)^{\frac{1}{4}} = (-x^2+4)^{\frac{2}{4}} = (-x^2+4)^{\frac{1}{2}} ce qui revient à perdre la valeur absolue non ?

Merci de votre aide.

Posté par
mdr_non
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:33

bonjour

c'est quoi le signe de -x² + 4 ?

rappel :

\Large \boxed{\begin{matrix}|a| &=& a     &si  a > 0&
 \\ |a| &=& -a    &si  a < 0&\end{matrix}}

Posté par
mdr_non
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:35

et pour info  \large \boxed{f(x) = \frac{3}{5}x + \frac{4}{5}\sqrt{|-x^2 + 4|}}  n'est PAS UNE FONCTION ..

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:35

Bonsoir,

Tu peux distinguer les cas où 4-x² est positif et négatif.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:37

Une autre info : 1/2 à la puissance 1/2 n'est pas la même chose que 1/4.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:39

Je le sais bien, j'ai dérivé par morceaux comme je l'ai dit…
C'est à dire que j'ai posé f(x) = \frac{3}{5}x + \frac{4}{5}\sqrt{-x^2+4} sur ]-2;2[
et f(x) = \frac{3}{5}x + \frac{4}{5}\sqrt{x^2-4} sur ]-∞;-2[U]2;+∞[.
C'est bien ce que tu suggères ?

Je demandais s'il n'y avait pas d'autre moyen…

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:42

Pourquoi "posé" ? f(x) vaut blablabla sur blablabla. Tu ne poses rien. C'est un fait.

En distinguant ces cas, ta fonction est plus maniable. Tu peux maintenant dériver sur les intervalles où f est dérivable.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:44

Ah bon ? Pourtant \sqrt(\sqrt{x}} = \sqrt[4]{x} non ? Donc (x^{1}{2})^\frac{1}{2} = x^\frac{1}{4}. Je me trompe ?

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:45

Merci klux, je l'ai déjà fait… Mais je demandais juste si c'était la bonne méthode, je sais le faire.
Vos réponses ne répondent pas à ma question…

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:47

Désolé, au dessus, c'est (x exposant un demi) exposant un demi.

Sinon, mdr_non, pourquoi c'est pas une fonction ? C'est juste une application ?

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:49

Déjà tu n'as pas posé UNE question mais plusieurs à la suite.

Mais ce qu'on t'a dit y répond en partie : OUI, voir la fonction f comme une fonction par morceaux est une solution car son expression est alors plus maniable et donc sa dérivée plus facilement calculable.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:50

Citation :
Sinon, mdr_non, pourquoi c'est pas une fonction ? C'est juste une application ?


Non, il ne s'agit pas de cette subtilité là.

C'est beaucoup plus simple (et non moins important...) : f est une fonction alors que f(x) est une expression. Tu as confondu fonction et expression...

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:51

D'accord, c'est donc la méthode à suivre ? Pas moyen de recoller les morceaux une fois dérivée par contre ? (A part en utilisant sgn()…).

L'autre question, était un complément, je demandais, quelle méthode choisir entre les deux, sachant que la deuxième posait problème selon moi, même si elle permettait d'éviter de morceler.

Merci.

Posté par
mdr_non
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:52

Citation :
Vos réponses ne répondent pas à ma question…

déjà au début (avant qu'on intervienne) tu parlais de "morceaux" .. on était bien en droit de penser que t'avais pu faire des erreurs ..

mais c'est bien , ici Dérivée avec valeur absolue tu as commencé à parler d'intervalle ..


mais pourquoi enlever du domaine de définition les valeurs (-2) et (2) ?

la fonction f est définie sur  \large \mathbb{R}  tout entier !  faut pas confondre domaine de dérivabilité de f et domaine de définition de f ...



pourquoi f(x) n'est pas une fonction ?

f(x) c'est un nombre . l'image de x par la fonction f
ce nombre tu as l'habitude de le lire sur l'axe des ordonnée ..!

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:53

Ah oui d'accord… Oui à la base j'allais écrire f telle que, mais j'ai zappé…
Merci.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:56

Oui, pour les 2 et -2, ça me pose problème, il s'agit de deux valeurs isolée… Il faut que j'utilise la définition de fonction avec la limite ?

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:56

Tu peux dire : "Soit f la fonction définie par f(x)=..." - par exemple.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 19:57

f est définie en 2 et en -2 donc tu peux fermer tes intervalles.

Par contre, elle n'est pas dérivable en ces valeurs.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 20:00

Je ferme les deux intervalles ?
Du coup je dois démontrer avec \lim_{x\to -2} \frac{f(x)-f(-2)}{x+2} ? (resp: avec 2).
Le problème, c'est que je fais avec x<-2 ou x>-2 ?

Merci.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 20:05

Pourquoi parles-tu de limite ? Ta fonction est tout bêtement définie en -2 et en 2 donc il suffit de fermer tes intervalles en -2 et en 2 quand tu as écris ce que vaut f(x) en fonction de l'intervalle où se trouve x.

Au passage, pour le 1/4 plus haut, ce qui est faux c'est quand tu écris que (x^2)^{1/2}=x.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 21:28

Je voulais dire pour démontrer que la fonction n'étais pas dérivable en -2 et 2…

Sinon, oui je suis d'accord, puisque ça fait perdre la moitié des "solutions", et du coup je voulais dire que c'est ce qui posait problème dans le fait de passer aux exposants, et de passer de l'exposant 2/4 à 1/2…

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:15

Bonsoir de nouveau,

Je continue sur mon exercice où je rencontre de nouveau un problème…
Je suis parti dans l'étude du signe de la dérivée maintenant, sur ]-2;2[ (on est d'accord que là du coup, il faut exclure les bornes ?).

J'ai donc trouvé f'(x) = \frac{3}{5} - frac{4x}{5\sqrt{4-x^2}}, mais je rencontre un problème quand il s'agit d'étudier le signe…
J'ai fait :
f'(x) \ge 0
 \\ \Longleftrightarrow \frac{3}{5} \ge \frac{4x}{5\sqrt{4-x^2}}
 \\ \Longleftrightarrow \frac{4x}{\sqrt{4-x^2}} \le 3
 \\ \Longleftrightarrow 4x \le 3\sqrt{4-x^2} car \sqrt{4-x^2} \ge 0 sur ]-2;2[
\Longleftrightarrow 16x^2 \le 9(4-x^2) je me demandais si c'était là que ça posais problème, vu que c'est pas vraiment une équivalence n'est-ce pas, mais plutôt une implication, non ?
\Longleftrightarrow 25x^2 \le 36
 \\ \Longleftrightarrow x^2 \le \frac{36}{25}
 \\ \Longleftrightarrow x \in [- \frac{6}{5} ; \frac{6}{5}]
Je sais que mon résultat n'est pas bon, et que je devrais avoir ]- 2 ; \frac{6}{5}], mais je ne sais pas comment faire…

Merci.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:16

Tu as une fonction composée. La fonction qui est sous la racine est dérivable sur R* alors que la fonction racine n'est dérivable que sur ]0,+00[.

Au total, f est dérivable sur l'ensemble des x tels que |4-x²|>0.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:28

Tu as mis le doigt à l'endroit où ta démonstration est fausse ; sauf qu'il ne s'agit ni d'une équivalence, ni d'une implication...

a < b n'implique pas a² < b² (contre-exemple avec a=-3 et b=1).

Mais a² < b² n'implique pas non plus a < b (contre-exemple avec a=1 et b=-2).

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:29

Oulah, je suis vraiment bête moi x)
Je fais des erreurs vraiment débiles… Ça se voit que ça fait longtemps que j'en ai pas fait.
Merci de me remettre dans le droit chemin.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:30

Pour avoir une équivalence, il faudrait se placer sur un intervalle à la fonction carré est monotone. C'est le cas pour 0 < a < b par exemple.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:38

Donc, à partir du moment où ça colle pas, je peux faire ce qui suit ?

Sur ]-2;0], 4x \le 0 et 3\sqrt{4-x^2} \ge 0 donc 4x \le 3\sqrt{4-x^2}.
Sur [0;2[, 4x \le 3\sqrt{4-x^2} \Longleftrightarrow 16x^2 \le 9(x^2-4) car 4x et \sqrt{4-x^2} sont positifs. Et donc x \in [- \frac{6}{5} ; \frac{6}{5} ].
Donc f'(x) \ge 0 \Longleftarrow x \in ]-2 ; \frac{6}{5}].

C'est correct cette fois ?

Posté par
numero10
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:52

Salut,

Si tu veux:

\forall x \in ]-2,0], 4x\le 0~~~~~~ et~~~~ 3\sqrt{4-x^2}\ge 0~~~~~~ alors~~~~~~ \forall x \in ]-2,0]~, 4x\le 3\sqrt{4-x^2}

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:52

Distinguer les cas où 4x est positif ou négatif est une bonne idée.

Parce que la rédaction est à revoir...

Quand tu dis DONC, tu perds l'équivalence. Il faut raisonner avec des SI, ET SEULEMENT SI pour garder l'équivalence.

Voilà comment je rédigerais ça : f'(x) \ge 0 \Longleftrightarrow 4x \le 3\sqrt{4-x^2}.

Sur ]-2,0] : f'(x) \ge 0 \Longleftrightarrow 4x \le 3\sqrt{4-x^2}  \Longleftrightarrow x \in ]-2,0].

Sur [0,2[ : f'(x) \ge 0 \Longleftrightarrow 4x \le 3\sqrt{4-x^2} \Longleftrightarrow 16x^2 \le 9(x^2-4) \Longleftrightarrow x \in [0 ; \frac{6}{5} ].

Finalement, sur ]-2,2[, f'(x) \ge 0 \Longleftrightarrow x \in ]-2 ; \frac{6}{5}].

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 21-08-11 à 22:57

Oui d'accord, merci. Pour le 'donc', je savais, mais c'était pour aller plus vite (honte à moi…).
Merci beaucoup. Je pense que je devrai être capable de venir à bout de cet exercice maintenant.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 00:54

Sinon, j'ai enfin réussi à dresser le tableau de variations…
Et je me demandais s'il y avait des asymptotes en ±∞
La fonction ressemble à ça, mais il y a peut-être des asymptotes obliques non ? Néanmoins, avec les racines, ça me rebute un peu donc je vous demande si c'est la peine de partir à leur recherche de votre avis.

Merci.

Dérivée avec valeur absolue

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 01:13

N'oublie pas de représenter les asymptotes verticales (d'équations x=-2 et x=2) et l'asymptote horizontale au point d'abscisse x=6/5 (d'équation y=2).

Quant aux asymptotes obliques, il y existe deux en effet (une au voisinage de plus l'infini et une autre au voisinage de moins l'infini).

Pour déterminer leur équation, il suffit de faire un développement limité quand x tend vers plus l'infini puis quand x tend vers moins l'infini.

Tu peux même déterminer la position de la courbe par rapport à ces asymptotes en poussant le DL jusqu'à en obtenir un de la forme f(x)=ax+b+c/x+o(1/x). L'asymptote oblique a doit pour équation y=ax+b et le signe de c/x permet de déterminer la position de la courbe par rapport à cette dernière.

Je te laisse faire les calculs, mais tu devrais trouver f(x)=\frac{7}{5}x-\frac{8}{5x}+o\left(\frac{1}{x}\right) lorsque x tend vers plus l'infini et f(x)=-\frac{1}{5}x+\frac{8}{5x}+o\left(\frac{1}{x}\right) lorsque x tend vers moins l'infini.

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 01:24

Mais, une asymptote verticale, ce n'est pas quand \lim_{x\to a} f(x) = ±∞ ?
De même, une asymptote horizontale, c'est pas quand \lim_{x\to ±∞} f(x) = a ?

Que représente o\frac{1}{x} ?

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 01:28

Pardon, pardon, il est tard !

J'avais oublié que la fonction était définie en -2 et en 2.

Et puis je voulais parler de tangente horizontale en x=6/5 et non d'asymptote horizontale...

Pour le o(1/x), c'est la précision du développement limité. Tu n'es pas en maths sup ? Tu ne connais pas les développements limités ?

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 01:34

En fait, je vais rentrer en maths sup dans 15 jours, mais je n'y suis pas encore…
Donc non je ne connais pas… Je poste ici parce qu'il s'agit d'exercices à faire pour l'entrée en Maths sup (enfin je n'ai pas à les faire, mais le prof les avait donné pour la précédente promotion).

Sinon, pour le reste je suis rassuré.

Donc moi, pour les asymptotes, je dois rechercher un D : y = ax + b telle que la limite de la différence avec f(x) soit nulle c'est bien ça ? Je dois changer la forme de l'expression de f non ?

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 01:47

Au niveau lycée, vous ne savez rechercher les asymptotes obliques que pour des fonctions rationnelles. Et effectivement, il est question de modifier l'expression de la fonction pour faire "apparaître" l'équation de l'asymptote oblique.

Sauf qu'ici, il y a un radical. Tu verras la méthode générale dans quelques semaines. Je ne peux pas te l'expliquer comme ça vu qu'il s'agit d'un chapitre important de maths sup que ton futur prof prendra le temps de vous détailler. Mais si tu veux voir à quoi ça ressemble, tape "développement limité" sur Google.

Ici, ça revient à montrer que f(x) \approx \frac{7}{5}x-\frac{8}{5x} lorsque x tend vers plus l'infini. Sauf que le signe \approx n'est pas très rigoureux, donc on écrit f(x)=\frac{7}{5}x-\frac{8}{5x}+o\left(\frac{1}{x}\right) où le o\left(\frac{1}{x}\right) représente la précision du développement limité. On pourrait calculer plein d'autres termes pour avoir un résultat plus précis. Sauf que selon pourquoi on en a besoin, on va chercher à avoir telle ou telle précision. Lorsqu'on recherche l'équation d'une asymptote oblique, on chercher à avoir un développement limité de la forme f(x)=ax+b+o(x) où y=ax+b est l'équation recherchée. Et si, en plus, on souhaite connaître la position de la courbe par rapport à cette asymptote, alors on chercher à connaître le terme suivant également : f(x)=ax+b+c/x+o(1/x) où le signe de c/x permet de déterminer cette position (on a calculé le terme suivant dans le développement limité, ce qui rend le calcul plus précis et nous donne une information supplémentaire).

Je n'en dis pas plus...

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 01:54

D'accord, merci. Donc, en tant qu'élève de terminale, je ne suis pas à même de déterminer les asymptotes de cette fonction.
Merci encore. Au revoir.

Posté par
klux
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 10:34

Voilà, un peu de patience et tu connaîtras la méthode générale pour déterminer les équations des asymptotes obliques.

Bonne continuation

Posté par
Sheeft
re : Dérivée avec valeur absolue 22-08-11 à 10:37

Très bien. Merci.



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