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dérivées partielles et différentiabilité

Posté par
milkyway
09-01-17 à 21:47

bonsoir

déjà bonne année 2017 !!

comment montrer qu'une fonction est différentiable en tout point de avec les dérivées partielles?

merci

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 09-01-17 à 21:59

Bonsoir milkyway et excellent année à toi.

Pour montrer que f est différentiable sur , on s'assure que les DP existent en tout point de et qu'en tout point, au moins l'une des deux est continue.
Si en plus les deux sont continues en tout point, alors f est C^1 sur .

Posté par
milkyway
re : dérivées partielles et différentiabilité 10-01-17 à 13:56

j ai l'exemple de de la norme euclidienne N =(x²+y²)

la dérivée partielle première de N par rapport à x  N/x = x/(x²+y²)
est  clairement continue ur ²/ {(0,0)] et donc différentiable sur  ²/ {(0,0)}
N/x = x/(x²+y²)

Mais il faut vérifier si N est différentiable en (0,0): N/x (0,0)= lim h0 (N(h,0) - N(0,0))/h  n a pas de limite en pour h0

et donc a ce stade N n'est pas différentiable en (0,0)

mais si dans le cas ou N/(0,0) acceptait une limite quand h0 , aurait il fallu verifier la continuité de N en (0,0)?
Merci

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 10-01-17 à 14:39

Dans ton exemple, clairement, la norme euclidienne est C^1 sur \R^2 -\{(0,0)\}.
Si tu veux vérifier ce qui se passe sur \R^2, il te suffit de regarder si les deux  dérivées partielles existent en (0,0) et si l'une des deux est continues en (0,0).

Or ce n'est pas vrai.

\dfrac{\partial N}{dx}(h,0)= \dfrac{\partial N}{dy}(0,h) =\dfrac{h}{|h|} : ce rapport n'a pas de limite pour h vers 0.

N n'est donc pas différentiable sur \R^2.

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 10-01-17 à 14:58

Voici un autre exemple pour que tu saisisses : f(x,y) = x\dfrac{\sin y}{y} avec f(x,0) =0

Quid de la différentiabilité de f ?

Quid de son caractère C^1 ?

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 10-01-17 à 15:00

On se la refait :

f(x,y) = x\dfrac{\sin y}{y} avec f(x,0) =x

Quid de la différentiabilité de f ?

Quid de son caractère C^1 ?

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 10-01-17 à 15:01

Ceci dit, tu peux étudier les deux ... ça fera un bon exercice

Posté par
milkyway
re : dérivées partielles et différentiabilité 10-01-17 à 23:33

je le ferai et de donnerai ce qu je trouve plus tard
a+

Posté par
milkyway
re : dérivées partielles et différentiabilité 13-01-17 à 01:01

f( x,y ) = x (sin y / y)  avec f(x , 0 ) = 0

* f est de classe C1  sur * f est différentiable sur cet ensemble

* il faut montrer la différentiabilité en  un point quelconque du type ( a, 0 )
je trouve
f/x (a,0) = 0     et    f/x (x,y)= sin y /y  y0
f/y (a,0) = limt0 a /t =  + si t 0+  ou - si  t 0-

et donc f n'est pas différentiable en un point quelconque (a,0)

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 13-01-17 à 09:42

Il faut que tu distingues deux cas : a = 0 et a 0. Mais d'ores et déjà dans les deux cas on a \dfrac{\partial f}{\partial x}(a,0) = 0.

1/ a 0

Il faut calculer à la main pour h \neq 0, \dfrac{f(a,h)-f(a,0)}{h}=\dfrac{a\frac{\sin(h)}{h}-0}{h}=\dfrac{1}{h}\dfrac{a\sin(h)}{h}\underset{h \rightarrow 0}{\sim} \dfrac{a}{h} qui explose pour h vers 0.

Par suite \dfrac{\partial f}{\partial y}(a,0) n'existe pas.

2/ a = 0

Pour h \neq 0, \dfrac{f(0,h)-f(0,0)}{h}=\dfrac{0\frac{\sin(h)}{h}-0}{h}=0 : là, c'est clair on a \dfrac{\partial f}{\partial y}(0,0)=0

Par suite, f est différentiable en (0,0) et la différentielle est l'application linéaire nulle.

Mais f n'est pas C1 au voisinage de (0,0).

Posté par
milkyway
re : dérivées partielles et différentiabilité 16-01-17 à 15:44

bonjour jsvdb,

la différentielle de f en (0,0) est df(0,0): (h,k) 0
mais est ce suffisant pour prouver la différentiabilité de f ?
Ne doit on pas poursuivre en vérifiant que

Lim 1 / II(h,k)II [f(xo + h, yo +k) - f(xo , yo) - df(xo,yo).(h,k)] = (h,k)

tende vers 0 quand (h,k)(0,0)

en posant h = k  obtient  :          sin k / (2 IkI ) = (h,k)
en passant à la limite (k0)

(h,k) = +/- 1/2 est donc  f n'est pas différentiable!
merci

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 16-01-17 à 17:47

milkyway @ 16-01-2017 à 15:44


la différentielle de f en (0,0) est df(0,0): (h,k) 0
mais est ce suffisant pour prouver la différentiabilité de f ?

Cette affirmation signifie exactement que :

1/ f est différentiable en (0,0)
2/ la différentielle de f est la la forme linéaire nulle sur \R^2

Donc inutile d'aller plus loin.

En revanche, si c'était le cas, toutes les dérivées partielles existeraient et seraient continues en (0,0), or ce n'est pas le cas.

f(h,k) -f(0,0) = h\frac{\sin(k)}{k}

Et comme tu dis, avec th = k, 0< t < 1 on a h\dfrac{\sin(th)}{th}=\dfrac{\sin(th)}{t} et en prenant la norme ||(x,y)|| = sup(|x|,|y|)
 \\ il vient :

||(h,th)|| = t|h|

\dfrac{\sin(th)}{h}=t|h|\dfrac{\sin(th)}{th|h|} = t\dfrac{\sin(th)}{th} qui tend vers t quand h tend vers 0

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 16-01-17 à 19:41

Erratum : c'est pour |t| \geq 1 que l'on a ||(h,th)|| = |th|

Posté par
jsvdb
re : dérivées partielles et différentiabilité 19-01-17 à 09:15

Effectivement, je m'étais trompé de fonction, c'est pourquoi j'avais fait cette petite rectif :

jsvdb @ 10-01-2017 à 15:00

On se la refait :

f(x,y) = x\dfrac{\sin y}{y} avec f(x,0) =x

Quid de la différentiabilité de f ? Quid de son caractère C^1 ?


Cela donnera un résultat différent, enfin, je crois !



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