Spécialité maths, Première • Fiche de révision à Montréal
Fiche de révision : la dérivation (Première spécialité)
La dérivation est le chapitre le plus long de l'année et celui où les erreurs sont les plus mécaniques : un signe inversé dans la dérivée d'un quotient, un (x−a) oublié dans l'équation d'une tangente, un tableau de variations rempli avec le signe de f au lieu de celui de f′. Aucune de ces erreurs ne vient d'une incompréhension, et toutes coûtent une question entière.
Cette fiche ne redit pas le tableau des dérivées usuelles. Elle montre les endroits où les copies se trompent, la phrase exacte à recopier pour chacun, l'arbre qui dit quelle formule employer selon la FORME de l'expression, et un problème de boîte de volume maximal décortiqué étape par étape. Elle suit le programme de Première en vigueur depuis la rentrée 2026 : approximation linéaire, notation dxdy, exposants négatifs, valeur absolue et parité.
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Le fil du chapitre
Le nombre dérivé est une PENTE, pas une hauteur : f(a) et f′(a) se lisent au même endroit de la courbe et ne mesurent pas la même chose. Tout le chapitre décline cette confusion, jusqu'au tableau de variations, qu'on remplit avec le signe de f′ et jamais avec celui de f. Et une formule de dérivée ne vaut que sur son DOMAINE : xn pour n négatif, la racine et la valeur absolue en 0 le rappellent à chaque fois.
Une hauteur et une pente, deux nombres différents au même point
•f(a) est l'ORDONNÉE du point de la courbe d'abscisse a. f′(a) est le COEFFICIENT DIRECTEUR de la tangente en ce point. Les deux se lisent au même endroit et ne se comparent pas.
•f′(a)=limh→0hf(a+h)−f(a) : c'est la limite d'une pente de sécante, donc c'est une pente.
•Équation de la tangente en a : y=f′(a)(x−a)+f(a). Les trois ingrédients sont a, f(a) et f′(a), et il en manque toujours un dans les copies.
•f′(a)=0 signifie tangente HORIZONTALE, rien de plus. Cela n'annonce ni un maximum, ni un minimum.
En x=1 la courbe est à la hauteur f(1)=1; sa tangente, elle, monte de 2 quand on avance de 1, et c'est f′(1)=2. Deux nombres lus au même point, jamais le même.
Avant d'écrire une tangente, poser les trois nombres sur le brouillon : a=…, f(a)=…, f′(a)=…. Trois lignes qui suppriment les deux tiers des erreurs du chapitre.
Les dérivées usuelles, et les deux opérations qui piègent
•(xn)′=nxn−1 pour tout entier n : sur R si n≥1, sur R∗ si n≤−1. (x)′=2x1 sur ]0;+∞[, (x1)′=−x21 sur R∗, et la dérivée d'une constante est nulle.
•Produit : (uv)′=u′v+uv′. Il y a DEUX termes, et jamais u′v′.
•Quotient : (vu)′=v2u′v−uv′. Le signe moins est au numérateur, et l'ordre u′v puis uv′ n'est pas commutatif.
•Linéarité : (ku)′=ku′ et (u+v)′=u′+v′. Ce sont les deux seules opérations où l'on peut dériver terme à terme.
Avant de dériver un quotient, regarder si le dénominateur est un simple nombre : 53x2+1 se dérive comme 51(3x2+1), en trois secondes et sans risque de signe.
Du signe de f′ au tableau de variations
•Sur un INTERVALLE : f′>0 entraîne f strictement croissante, f′<0 entraîne f strictement décroissante, f′=0 sur tout l'intervalle entraîne f constante.
•Le tableau de variations se remplit avec le signe de f′, jamais avec les valeurs de f. La ligne du milieu est celle du signe de la dérivée, la ligne du bas celle des flèches.
•Le mot « sur un intervalle » est une hypothèse : une fonction dont la dérivée est négative sur ]−∞;0[ et sur ]0;+∞[ n'est pas décroissante sur la réunion des deux.
•Pour étudier le signe de f′, on la FACTORISE. Une dérivée qu'on n'arrive pas à factoriser est presque toujours mal calculée.
x↦x1 a une dérivée négative sur ]−∞;0[ et sur ]0;+∞[, et pourtant f(−1)=−1<f(1)=1 : elle décroît sur CHAQUE intervalle, pas sur leur réunion.
Les valeurs de f aux bornes se calculent APRÈS le tableau, pour le compléter. Les calculer avant fait perdre du temps et n'apporte aucun point.
Un extremum demande un changement de signe
•f′(a)=0 est nécessaire mais pas suffisant : il faut que f′ CHANGE de signe en a.
•f′ passe du positif au négatif en a : f(a) est un maximum local. Du négatif au positif : f(a) est un minimum local.
•f′ garde le même signe de part et d'autre : il n'y a pas d'extremum, seulement une tangente horizontale. C'est le cas de x↦x3 en 0.
•Sur un intervalle FERMÉ, le maximum peut aussi être atteint à une borne, sans que la dérivée s'y annule. Les bornes se testent toujours.
f(x)=x3−3x, f′(x)=3(x−1)(x+1) : f′ passe de + à − en −1 (maximum local 2), de − à + en 1 (minimum local −2). Les tangentes y sont horizontales.
Un problème d'optimisation se termine par deux nombres : la valeur qui optimise, et l'optimum lui-même. Les deux sont demandés, et la copie n'en donne souvent qu'un.
La tangente sert aussi à calculer : l'approximation linéaire
•Fonction affine tangente en a : x↦f(a)+f′(a)(x−a). Sa courbe est la tangente.
•Approximation linéaire : pour h proche de 0, f(a+h)≈f(a)+f′(a)h. Le coefficient de h est le nombre dérivé, et le h ne s'oublie pas.
•En a=1, à savoir par cœur : (1+h)2≈1+2h, 1+h1≈1−h, 1+h≈1+2h. Ainsi 1,003≈1,0015 sans calculatrice.
•L'erreur est de l'ordre de h2 : exactement h2 pour le carré, 1+hh2 pour l'inverse. Son signe dit si la courbe est au-dessus ou au-dessous de sa tangente.
•En contexte, dxdy=f′(x) si y=f(x) : dtdx est une vitesse instantanée, dqdC un coût marginal, dans l'unité de y par unité de x.
Près de 1, la tangente en pointillés colle à la courbe de la racine : en 1,21 elle donne 1,105 au lieu de 1,1, un écart de 0,005, et elle reste au-dessus.
Une approximation se donne avec son sens. Pour la racine, 1,21≈1,105 alors que 1,21=1,1 : la tangente est au-dessus de la courbe, l'approximation est par excès.
Paire, impaire : le domaine d'abord, la formule ensuite
•Le domaine D doit être SYMÉTRIQUE par rapport à 0 : si x∈D, alors −x∈D. Sinon la question de la parité ne se pose même pas.
•Paire : f(−x)=f(x) pour TOUT x de D, et la courbe est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées. Exemples : x2, ∣x∣, x41.
•Impaire : f(−x)=−f(x) pour TOUT x de D, et la courbe est symétrique par rapport à l'origine. Exemples : x3, x1, x3−5x. Si 0∈D, alors f(0)=0.
•Un exemple numérique ne DÉMONTRE jamais une parité, il ne sert qu'à la RÉFUTER : v(x)=x2+x donne v(1)=2 et v(−1)=0, ni égaux ni opposés.
Trait plein, ∣x∣ : les points d'abscisses 1 et −1 sont à la même hauteur, symétrie d'axe vertical. Pointillés, 4x3 : (2;2) et (−2;−2) sont symétriques par rapport à l'origine.
La plupart des fonctions ne sont ni paires ni impaires : « ni l'une ni l'autre » est une réponse normale.
Les règles de calcul en tableau
Chaque ligne se lit de gauche à droite : les hypothèses, puis le résultat. Une case rouge n'est pas une réponse, c'est le constat que la forme ne décide rien et l'ordre de transformer l'écriture. Chaque cas est suivi d'un exemple chiffré.
Les dérivées usuelles du programme de Première, avec leur domaine
Les lignes que le programme de Première demande, chacune avec la pente qu'elle produit en un point, parce que c'est ce nombre que la question de tangente réclame. La deuxième colonne est un DOMAINE, et c'est elle qu'on oublie.
f(x)
Dérivable sur
f′(x)
k, une constante
R
0
Exemple : (7)′=0 : une constante a une courbe horizontale, donc une pente nulle partout.
x
R
1
Exemple : La droite y=x a la pente 1 en chacun de ses points, ce que la dérivée confirme.
xn, n entier, n≥1
R
nxn−1
Exemple : (x3)′=3x2, donc la pente vaut 12 en x=2 et 0 en x=0, où la tangente est horizontale sans qu'il y ait d'extremum.
xn, n entier, n≤−1
]−∞;0[ et ]0;+∞[
nxn−1
Exemple : x41=x−4 a pour dérivée −4x−5=−x54 : l'exposant passe de −4 à −5, pas à −3. Elle vaut −4 en x=1 et 4 en x=−1.
x1
]−∞;0[ et ]0;+∞[
−x21
Exemple : En x=2, la pente vaut −0,25. Elle est négative partout, donc la fonction décroît sur CHAQUE intervalle, jamais sur leur réunion.
x
]0;+∞[ seulement
2x1
Exemple : En x=4, la pente vaut 0,25. En 0 la fonction existe mais n'est pas dérivable : la tangente y est verticale.
x2
R
2x
Exemple : La ligne la plus utilisée de l'année : la tangente en x=3 a pour pente 6, et pour équation y=6(x−3)+9.
∣x∣
]−∞;0[ et ]0;+∞[
−1 si x<0, 1 si x>0
Exemple : En 0, le taux h∣h∣ vaut 1 pour h>0 et −1 pour h<0 : pas de limite commune, donc pas de nombre dérivé, et la courbe fait un angle.
Une dérivée porte toujours son domaine. Les lignes à surveiller sont xn pour n négatif, x1, x et ∣x∣ : leur domaine de DÉRIVABILITÉ est plus petit que R, et pour les deux dernières il est même plus petit que leur domaine de définition.
Les quatre opérations
Seules les deux premières lignes se distribuent. Les deux autres sont les formules que le correcteur cherche des yeux, écrites avec u, v, u′ et v′ posés à part.
Forme de f
Ce qu'on pose au brouillon
f′
u+v
rien
u′+v′
Exemple : (x2+x1)′=2x−x21, qui vaut 2−1=1 en x=1 : les deux morceaux se dérivent séparément, puis on additionne.
ku, k constante
on sort k
ku′
Exemple : (3x2)′=6x, donc 12 en x=2. Le 3 ne se dérive pas, il attend.
uv
u, v, u′, v′
u′v+uv′
Exemple : (x2(x+1))′=2x(x+1)+x2, soit 4×3+4=16 en x=2. DEUX termes, et jamais u′v′, qui donnerait 4 ici.
vu
u, v, u′, v′
v2u′v−uv′
Exemple : (x−32x+1)′=(x−3)2−7, soit −1,75 en x=1. Le signe moins est au numérateur, et l'ordre u′v puis uv′ ne se permute pas.
v1
v et v′
−v2v′
Exemple : (x2+11)′=(x2+1)2−2x, soit −0,5 en x=1. C'est la ligne du quotient avec u=1, donc u′=0.
Le dénominateur v2 ne se développe pas : il sert ensuite au tableau de signes, où un carré est toujours positif et ne change donc jamais le signe de f′.
Les pièges qui coûtent des points
Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.
1.Écrire la tangente sans le facteur (x−a)
1,5 point, et la droite obtenue ne touche même pas la courbe
Ce qu'il ne faut pas écrire
« La tangente en 1 est y=f′(1)x+f(1), soit y=2x+1. »
Ce qu'il faut écrire
« La tangente en 1 est y=f′(1)(x−1)+f(1)=2(x−1)+1=2x−1. »
La tangente à y=x2 en 1 passe par (1;1) : c'est y=2x−1 (vert). Sans le facteur (x−1), on obtient une droite de même pente qui passe à côté du point (rouge).
Pourquoi : La formule est celle d'une droite passant par le point (a;f(a)) : le (x−a) est ce qui l'y accroche. Le contrôle prend deux secondes : remplacer x par a doit redonner f(a).
2.Confondre f(a) et f′(a) dans la lecture graphique
1 point par lecture fausse, et il y en a souvent trois dans la même question
Ce qu'il ne faut pas écrire
« La courbe passe par le point (2;5), donc f′(2)=5. »
Ce qu'il faut écrire
« La courbe passe par (2;5), donc f(2)=5. Pour f′(2), il faut lire le coefficient directeur de la tangente en ce point, par exemple avec un déplacement de +1 en abscisse. »
Pourquoi : Une hauteur se lit sur l'axe des ordonnées, une pente se lit sur l'inclinaison. Le repère : la pente d'une tangente est le nombre de carreaux montés quand on avance d'un carreau.
3.Dériver un produit en multipliant les dérivées
toute la question, et l'étude des variations qui en découle
Ce qu'il ne faut pas écrire
« f(x)=(2x+1)(x2−3), donc f′(x)=2×2x=4x. »
Ce qu'il faut écrire
« u=2x+1, v=x2−3, u′=2, v′=2x, donc f′(x)=2(x2−3)+(2x+1)×2x=6x2+2x−6. »
Pourquoi : La dérivation n'est pas multiplicative. Le contrôle imparable : développer d'abord, dériver ensuite, et comparer. Ici f(x)=2x3+x2−6x−3 donne bien f′(x)=6x2+2x−6.
4.Inverser les deux termes du numérateur d'un quotient
toute la question : la dérivée obtenue est l'opposée de la vraie, donc le tableau de variations est inversé
Ce qu'il ne faut pas écrire
« (vu)′=v2uv′−u′v. »
Ce qu'il faut écrire
« (vu)′=v2u′v−uv′ : le terme qui commence par u′ vient EN PREMIER. »
Pourquoi : L'ordre se retient sur un cas connu : (x1)′=−x21 est négatif. Avec u=1 et v=x, la formule juste donne x20×x−1×1=−x21, la formule fausse donnerait +x21.
5.Annoncer un extremum dès que la dérivée s'annule
1,5 point, et le tableau de variations est faux sur toute sa longueur
Ce qu'il ne faut pas écrire
« g′(1)=0, donc g admet un extremum en 1. »
Ce qu'il faut écrire
« g′(x)=3(x−1)2≥0, donc g′ s'annule en 1 SANS changer de signe : la tangente y est horizontale, mais g est croissante sur R et n'admet aucun extremum. »
La tangente en x=1 est horizontale, donc g′(1)=0; et pourtant la courbe continue de monter, parce que g′ ne change pas de signe. Une dérivée nulle ne fait pas un extremum.
Pourquoi : L'annulation de la dérivée est une condition nécessaire, jamais suffisante. C'est le CHANGEMENT de signe qui fait l'extremum, et il se lit sur le tableau, pas sur l'équation f′(x)=0.
6.Lire la courbe de f′ comme si c'était celle de f
toute la question de lecture graphique, qui vaut souvent 3 points
Ce qu'il ne faut pas écrire
« La courbe de f′ descend sur [1;6], donc f est décroissante sur [1;6]. »
Ce qu'il faut écrire
« Sur [1;6], la courbe de f′ reste AU-DESSUS de l'axe des abscisses, donc f′>0 et f est croissante sur cet intervalle, même si f′ y décroît. »
La courbe en pointillés est celle de f′ : elle DESCEND, et pourtant elle reste au-dessus de l'axe, donc f monte sans interruption. Position et sens de variation sont deux lectures différentes.
Pourquoi : Sur la courbe de f′, seule la POSITION par rapport à l'axe compte pour les variations de f. Le sens de variation de f′ raconte autre chose : la façon dont la courbe de f se creuse ou s'aplatit.
7.Dériver une racine ou un inverse sans regarder le domaine
1 point de rigueur, systématiquement retiré quand l'énoncé demande le domaine de dérivabilité
Ce qu'il ne faut pas écrire
« f(x)=x est dérivable sur [0;+∞[, avec f′(0)=201=0. »
Ce qu'il faut écrire
« f est définie sur [0;+∞[ mais dérivable seulement sur ]0;+∞[, avec f′(x)=2x1. En 0, la courbe admet une tangente VERTICALE. »
En 0, la courbe de x part à la verticale : sa tangente est l'axe des ordonnées (vert), de pente infinie. Une tangente horizontale (rouge) ne la touche pas.
Pourquoi : Le domaine de dérivabilité est parfois plus petit que le domaine de définition, et la racine carrée en est l'exemple unique du programme. Le quotient 2x1 explose quand x tend vers 0, il ne tend pas vers 0.
8.Remplir le tableau de variations avec le signe de f
toute la question, et la réponse est fausse même quand elle semble plausible
Ce qu'il ne faut pas écrire
« f(x)=x2−4 est négative sur ]−2;2[, donc f décroît sur ]−2;2[. »
Ce qu'il faut écrire
« f′(x)=2x, négative sur ]−∞;0[ et positive sur ]0;+∞[ : f décroît sur ]−∞;0] puis croît sur [0;+∞[. Le signe de f n'intervient pas. »
x2−4 est négative sur ]−2;2[ (rouge), mais elle décroît jusqu'en 0 puis croît : c'est f′(x)=2x qui change de signe en 0, pas f.
Pourquoi : Le signe de f dit où la courbe est au-dessus ou au-dessous de l'axe; le signe de f′ dit où elle monte ou descend. Ce sont deux tableaux différents, et l'énoncé demande parfois les deux à la suite.
9.Déclarer x puissance n dérivable sur R quand n est négatif
1 point pour le domaine, et toute la question si l'exposant est faux
Ce qu'il ne faut pas écrire
« f(x)=x21=x−2 est dérivable sur R et f′(x)=−2x−1. »
Ce qu'il faut écrire
« f(x)=x−2 est définie et dérivable sur ]−∞;0[ et sur ]0;+∞[, avec f′(x)=−2x−3=−x32. »
Pourquoi : Deux erreurs se cumulent. Le domaine : x−2=x21 n'existe pas en 0. L'exposant : n−1=−2−1=−3, il s'éloigne de zéro. Le contrôle : la dérivée de l'inverse, −x42x=−x32, redonne le même résultat.
10.Lire le signe d'une dérivée sur le seul signe moins devant
toute la question de variations, la moitié du tableau étant fausse
Ce qu'il ne faut pas écrire
« f′(x)=−x54 a un signe moins devant, donc f est décroissante. »
Ce qu'il faut écrire
« −4<0 et x5 a le signe de x : f′(x)>0 sur ]−∞;0[ et f′(x)<0 sur ]0;+∞[. Donc f est croissante sur ]−∞;0[ et décroissante sur ]0;+∞[. »
f(x)=x41 a pour dérivée −x54 : malgré le signe moins, f croît à gauche de 0 et décroît à droite, car x5 change de signe.
Pourquoi : Un signe devant une fraction ne décide de rien tant que le dénominateur peut changer de signe. Une puissance IMPAIRE de x au dénominateur change de signe en 0, une puissance paire jamais.
11.Oublier le facteur h dans l'approximation linéaire
toute la question, et un résultat absurde que personne ne relit
Ce qu'il ne faut pas écrire
« 1,02≈1+211=1,5. »
Ce qu'il faut écrire
« Avec a=1 et h=0,02 : 1+h≈1+21h=1+0,01=1,01. La calculatrice donne 1,00995 : l'approximation est juste à 5 cent-millièmes près. »
Pourquoi : La formule est f(a)+f′(a)×h : le nombre dérivé est une PENTE, il faut le multiplier par le déplacement. Le contrôle d'ordre de grandeur suffit : 1,02 est à peine plus grand que 1, pas proche de 1,5.
12.Affirmer une parité sans regarder le domaine
toute la question, car c'est exactement ce qu'elle teste
Ce qu'il ne faut pas écrire
« s(x)=x2 sur [−2;3] est paire, car (−x)2=x2. »
Ce qu'il faut écrire
« 3 appartient à [−2;3] mais −3 non : le domaine n'est pas symétrique par rapport à 0, donc s n'est pas paire. »
Sur [−2;3], le point (3;9) n'a pas de symétrique sur la courbe : −3 n'est pas dans le domaine (rouge). La formule (−x)2=x2 ne suffit pas.
Pourquoi : La parité est une propriété de la FONCTION, domaine compris. La formule x2 est la même que pour la fonction carré sur R, mais s(−3) n'existe pas : l'égalité s(−x)=s(x) ne peut pas être vraie pour tout x du domaine.
13.Dériver la valeur absolue en 0
1 à 2 points, et la démonstration attendue est exactement ce calcul de taux des deux côtés
Ce qu'il ne faut pas écrire
« ∣x∣ est définie sur R, donc dérivable sur R, et sa dérivée en 0 vaut 0. »
Ce qu'il faut écrire
« Pour h>0, h∣h∣=1 ; pour h<0, h∣h∣=−1. Le taux n'a pas de limite en 0 : la valeur absolue n'est pas dérivable en 0, sa courbe y fait un angle. »
Trait plein, ∣x∣ : deux demi-droites de pentes −1 et 1 se rejoignent en angle, pas de tangente en 0. Pointillés, x∣x∣ : la courbe passe à plat, sa tangente en 0 est l'axe.
Pourquoi : Être définie en un point ne suffit pas pour y être dérivable : la racine carrée l'avait déjà montré avec une tangente verticale, la valeur absolue le montre avec un angle. À l'inverse, x∣x∣ a un taux ∣h∣ qui tend vers 0 : elle est dérivable en 0.
Quelle méthode choisir
Quelle formule selon la forme de l'expression
On regarde la structure de l'expression, avant de savoir ce que l'exercice demande. La question à se poser en premier : quelle est la DERNIÈRE opération effectuée ?
Si une somme de termes en xn → dériver terme à terme, (xn)′=nxn−1
Exemple : 5x3−2x+7 a pour dérivée 15x2−2
Le terme constant disparaît. Un exposant 1 devient un exposant 0, donc une constante.
Si un nombre multiplie toute l'expression, ou la divise → sortir le nombre et dériver ce qui reste : (ku)′=ku′
Exemple : 53x2+1 a pour dérivée 56x
Ne JAMAIS appliquer la formule du quotient quand le dénominateur est un nombre : c'est trois fois plus long et cela crée une erreur de signe.
Si un produit de deux expressions dépendant de x → u′v+uv′, en posant u, v, u′, v′ au brouillon avant de remplacer
Exemple : (2x+1)(x2−3) a pour dérivée 2(x2−3)+(2x+1)2x
Si les deux facteurs sont des polynômes courts, développer d'abord va souvent plus vite et se contrôle mieux.
Si un quotient dont le dénominateur dépend de x → v2u′v−uv′, sans développer v2 au dénominateur
Exemple : x−2x+1 a pour dérivée (x−2)2(x−2)−(x+1)=(x−2)2−3
Le dénominateur reste sous forme de carré : il est alors visiblement positif, et le signe de la dérivée se lit sur le seul numérateur.
Si une racine carrée ou un inverse → formule usuelle, et domaine de dérivabilité écrit AVANT
Exemple : x a pour dérivée 2x1 sur ]0;+∞[
Aucune branche ne s'applique ? Développer l'expression avant de dériver : en Première, toute fonction rationnelle du programme se ramène à ces cinq cas. Une expression du type (2x+3)2 se développe, la dérivée d'une composée n'est pas au programme de Première.
Quel outil selon le verbe de l'énoncé
Les questions du contrôle se ressemblent toutes. Le verbe désigne l'outil, et il n'y en a que huit.
Si « déterminer l'équation de la tangente au point d'abscisse a » → calculer f(a), calculer f′(a), remplacer dans y=f′(a)(x−a)+f(a), puis développer
Exemple : f(x)=x2 en a=1 donne y=2(x−1)+1=2x−1
Si « étudier les variations », « dresser le tableau de variations » → dériver, factoriser f′, tableau de signes de f′, flèches, puis valeurs aux bornes
Si « montrer que f est croissante sur I » → montrer que f′≥0 sur I, en factorisant, et conclure sur l'intervalle I précisément
Si « déterminer le maximum », « optimiser », « le plus grand volume » → poser la fonction et son domaine, dériver, tableau, et lire la valeur qui optimise PUIS l'optimum
Exemple : V(x)=x(12−2x)2 sur ]0;6[ est maximal en x=2, où V(2)=128
Si « la courbe admet-elle une tangente horizontale » → résoudre f′(x)=0, puis vérifier si le signe change de part et d'autre
Tangente horizontale et extremum ne sont pas la même question, et les sujets exploitent constamment cet écart.
Si un graphique de f′ est donné et l'énoncé demande les variations de f → lire la POSITION de la courbe par rapport à l'axe des abscisses, jamais son sens de variation
Si « donner une valeur approchée de f(a+h) », « sans calculatrice » → approximation linéaire f(a)+f′(a)h, en écrivant a et h séparément
Exemple : 1,003≈1+20,003=1,0015
Si « étudier la parité », « la fonction est-elle paire ? » → vérifier d'abord que le domaine est symétrique, puis calculer f(−x) pour tout x et le comparer à f(x) et à −f(x)
Exemple : u(x)=x3−5x : u(−x)=−x3+5x=−u(x), impaire
Pour répondre « ni l'une ni l'autre », un seul contre-exemple suffit, par exemple en 1 et en moins 1.
Le mot « conjecturer » n'appelle aucune dérivée : il demande la calculatrice et une phrase au conditionnel. C'est la question suivante qui demandera la démonstration, et elle rapporte trois fois plus.
La rédaction attendue
Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.
Étudier les variations d'une fonction sur un intervalle
Quand l'utiliser : La question type du contrôle, qui vaut à elle seule un tiers du sujet et sert de support à toutes les suivantes.
1Annoncer l'intervalle d'étude et la dérivabilité. « f est une fonction polynôme, donc dérivable sur R, et on l'étudie sur [0;6]. »
2Calculer f′(x) en écrivant u, v, u′, v′ quand il y a un produit ou un quotient. Le brouillon apparent rapporte le point de méthode.
3FACTORISER f′(x). C'est l'étape que les copies sautent, et sans elle le tableau de signes est impossible.
4Résoudre f′(x)=0 et étudier le signe de chaque facteur dans un tableau, ligne par ligne.
5Reporter le signe de f′ dans le tableau de variations et tracer les flèches.
6Calculer les valeurs de f aux bornes et aux extremums, et les placer aux extrémités des flèches.
Phrase de conclusion
f′(x)=(12−2x)(12−6x), positive sur [0;2] et négative sur [2;6]; donc f est croissante sur [0;2] puis décroissante sur [2;6], et admet un maximum en x=2.
Le piège : Écrire « f est croissante puis décroissante » sans nommer les intervalles. Un sens de variation sans son intervalle ne vaut aucun point : c'est une propriété locale, pas une propriété de la fonction.
Barème : En général 1 point pour la dérivée, 1 point pour la factorisation, 1 point pour le tableau de signes, 1 point pour le tableau de variations complété.
Écrire l'équation d'une tangente
Quand l'utiliser : Dès que l'énoncé dit « tangente au point d'abscisse a », ou « au point A de la courbe ».
1Poser a explicitement, même s'il est évident. « Ici a=1. »
2Calculer f(a) et l'écrire seul sur une ligne.
3Calculer f′(x), puis f′(a), et l'écrire seul sur une ligne. Ce sont deux calculs distincts, dans cet ordre.
4Remplacer dans y=f′(a)(x−a)+f(a) sans rien simplifier d'abord.
5Développer et réduire pour obtenir la forme y=mx+p.
6Vérifier : remplacer x par a dans le résultat doit redonner f(a).
Phrase de conclusion
La tangente à Cf au point d'abscisse 1 a pour équation y=f′(1)(x−1)+f(1)=2(x−1)+1, soit y=2x−1.
Le piège : Calculer f′(a) en dérivant le nombre f(a) au lieu de dériver la fonction puis d'y remplacer x par a. La dérivée d'un nombre est nulle, et la tangente obtenue est horizontale à tort.
Barème : 0,5 point pour f(a), 1 point pour f′(a), 0,5 point pour la formule appliquée, 0,5 point pour la forme réduite.
Vérifier avant de rendre
Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.
Faire passer la tangente par son point de contact
Remplacer x par a dans l'équation trouvée. Le résultat doit être exactement f(a). Une seule substitution, et toutes les erreurs de (x−a) sont attrapées.
Tangente annoncée y=2x+1 en a=1 pour f(x)=x2 : elle donne 3 alors que f(1)=1, donc elle est fausse.
Tracer la courbe et la tangente sur la calculatrice
Entrer f en Y1 et la tangente en Y2, puis regarder. Les deux doivent se toucher au point d'abscisse a et ne pas se croiser en travers.
Une droite qui coupe la courbe franchement au lieu de l'effleurer signale une erreur de coefficient directeur, donc un f′(a) mal calculé.
Contrôler la dérivée par un taux d'accroissement numérique
Calculer 0,001f(a+0,001)−f(a) à la calculatrice. Le résultat doit être très proche de la valeur trouvée pour f′(a).
Pour f(x)=(2x+1)(x2−3) en a=1, le taux donne environ 2,008 : la dérivée 4x prédisait 4, elle est donc fausse.
Tester un point dans chaque zone du tableau de signes
Choisir une valeur simple de chaque côté d'une racine de f′, et calculer f′ dessus. Le signe obtenu doit correspondre à la case du tableau.
Pour V′(x)=(12−2x)(12−6x) : V′(1)=10×6>0 et V′(3)=6×(−6)<0, ce qui confirme le maximum en 2.
Encadrer un optimum par ses deux voisins
Calculer la fonction juste avant et juste après la valeur trouvée. Un maximum doit être supérieur aux deux, un minimum inférieur aux deux.
V(1,9)≈127,76 et V(2,1)≈127,76, tous deux inférieurs à V(2)=128 : le maximum est confirmé sans refaire l'étude.
Contrôler une approximation linéaire par son ordre de grandeur
Une approximation linéaire en 1 doit rester proche de 1 quand h est petit. Comparer ensuite à la calculatrice : l'écart doit être de l'ordre de h2.
1,02≈1,01, et la calculatrice donne 1,00995 : écart de 5 cent-millièmes, cohérent avec h2=0,0004 divisé par huit.
L'exercice type décortiqué
La boîte de volume maximal, comme au contrôle
Dans une plaque carrée de 12 cm de côté, on découpe aux quatre coins un carré de côté x, puis on relève les bords pour former une boîte sans couvercle.
1. Justifier que le volume de la boîte est V(x)=x(12−2x)2 et préciser l'intervalle sur lequel x varie. 2. Déterminer la valeur de x qui rend ce volume maximal, et calculer ce volume.
La plaque de 12 cm : on retire les quatre carrés gris de côté x, puis on relève les bords le long des pointillés. Le fond est un carré de côté 12−2x, la hauteur vaut x.
Étape 1
La base de la boîte est un carré de côté 12−2x et sa hauteur vaut x, donc V(x)=x(12−2x)2. Il faut x>0 et 12−2x>0, donc x∈]0;6[.
Pourquoi
L'intervalle est la moitié des points de la première question, et c'est celle qui s'oublie. Le côté est diminué de 2x et non de x : on découpe aux DEUX extrémités de chaque bord.
Étape 2
On pose u=x et v=(12−2x)2. En développant v=144−48x+4x2, on obtient V(x)=144x−48x2+4x3, donc V′(x)=144−96x+12x2.
Pourquoi
Développer d'abord évite la dérivation d'une composée, qui n'est pas au programme de Première. Le calcul est plus long de trente secondes et il ne comporte aucun risque.
Étape 3
V′(x)=12(x2−8x+12)=12(x−2)(x−6), ce qui s'écrit aussi (12−2x)(12−6x).
Pourquoi
La factorisation n'est pas facultative : sans elle, le signe de V′ est illisible. Mettre 12 en facteur ramène à un trinôme unitaire, dont le discriminant vaut 64−48=16.
Étape 4
Sur ]0;6[, le facteur x−6 est négatif. Donc V′(x) est du signe de −(x−2) : positif sur ]0;2[, nul en 2, négatif sur ]2;6[.
Pourquoi
Réduire l'étude à un seul facteur variable est le geste qui fait gagner du temps : sur l'intervalle imposé, x−6 ne change jamais de signe, donc il ne fait que retourner celui de l'autre.
Étape 5
V croît sur ]0;2] puis décroît sur [2;6[ : elle admet un maximum en x=2, et V(2)=2×82=128.
Pourquoi
Le changement de signe de V′ est ce qui autorise le mot « maximum ». Sans lui, on n'aurait le droit d'écrire que « tangente horizontale en 2 ».
Étape 6
Vérification : V(1)=1×100=100, V(3)=3×36=108, V(1,9)≈127,8 et V(2,1)≈127,8, toutes inférieures à 128.
Pourquoi
Quatre valeurs calculées en trente secondes, dont deux très proches du maximum. Elles prouvent l'extremum sans refaire l'étude, et elles auraient détecté une factorisation fausse.
Conclusion rédigée
Le volume de la boîte est maximal lorsqu'on découpe aux coins des carrés de 2 cm de côté, et ce volume maximal vaut 128 cm cubes.
L'erreur classique sur cet exercice : Répondre « le volume maximal est 2 » en confondant la valeur de x et celle du volume. L'énoncé demande deux nombres distincts, et la conclusion doit les nommer tous les deux avec leur unité.
À savoir par cœur
•f(a) est une hauteur, f′(a) est une pente. Les deux se lisent au même point et ne se comparent pas.
•Tangente en a : y=f′(a)(x−a)+f(a). Le contrôle : x=a doit redonner f(a).
•(uv)′=u′v+uv′, DEUX termes. (vu)′=v2u′v−uv′, le u′v en premier.
•(x)′=2x1 sur ]0;+∞[ seulement : la racine n'est pas dérivable en 0.
•Le tableau de variations se remplit avec le signe de f′, jamais avec les valeurs de f.
•Un extremum demande que f′ CHANGE de signe. f′(a)=0 seul ne donne qu'une tangente horizontale.
•Une dérivée qu'on ne parvient pas à factoriser est presque toujours mal calculée.
•Sur la courbe de f′, c'est la position par rapport à l'axe qui donne les variations de f, pas le sens de variation de f′.
•(xn)′=nxn−1 pour tout entier n, sur R∗ si n≤−1 : (x41)′=−x54.
•Approximation linéaire : f(a+h)≈f(a)+f′(a)h ; en 1, 1+2h, 1−h, 1+2h.
•Paire : domaine symétrique et f(−x)=f(x) ; impaire : f(−x)=−f(x). Un exemple réfute, il ne démontre pas.
•∣x∣ n'est pas dérivable en 0 : taux 1 à droite, −1 à gauche.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre f de a et f prime de a ?
Le premier est la hauteur du point de la courbe d'abscisse a, lue sur l'axe vertical. Le second est le coefficient directeur de la tangente en ce point, c'est-à-dire son inclinaison. Les deux se lisent au même endroit de la courbe et ne mesurent pas la même chose, donc ils n'ont aucune raison d'être égaux.
Comment écrire l'équation d'une tangente sans se tromper ?
On pose d'abord les trois nombres séparément : la valeur de a, celle de la fonction en a, celle de la dérivée en a. On remplace ensuite dans la formule qui donne y égal à la dérivée en a multipliée par x moins a, le tout ajouté à la valeur de la fonction en a. Le contrôle final consiste à remplacer x par a : on doit retrouver la valeur de la fonction.
Comment montrer qu'une fonction est paire ou impaire ?
On vérifie d'abord que l'ensemble de définition est symétrique par rapport à zéro. On calcule ensuite f de moins x pour un x quelconque : s'il vaut toujours f de x, la fonction est paire et sa courbe est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées ; s'il vaut toujours l'opposé, elle est impaire et sa courbe est symétrique par rapport à l'origine. Un seul exemple chiffré ne démontre rien, il sert seulement à prouver qu'une fonction n'est ni paire ni impaire.
Est-ce qu'une dérivée nulle signifie toujours un maximum ou un minimum ?
Non. Une dérivée nulle signifie seulement que la tangente est horizontale en ce point. Pour qu'il y ait un extremum, il faut en plus que la dérivée change de signe de part et d'autre. La fonction cube en zéro a une dérivée nulle et pourtant elle est croissante partout, donc elle n'admet aucun extremum.
Comment lire les variations de f sur la courbe de sa dérivée ?
On regarde uniquement la position de la courbe par rapport à l'axe des abscisses. Là où elle est au-dessus, la dérivée est positive, donc la fonction croît. Là où elle est au-dessous, la fonction décroît. Le sens de variation de la courbe de la dérivée ne dit rien des variations de la fonction elle-même.
Qu'est-ce que l'approximation linéaire d'une fonction en un point ?
C'est remplacer la fonction, près d'un point a, par sa tangente en ce point. La valeur en a plus h est alors à peu près la valeur en a, plus le nombre dérivé en a multiplié par h. Près de un, le carré de un plus h vaut environ un plus deux h, l'inverse environ un moins h, la racine environ un plus h sur deux. L'erreur est de l'ordre de h au carré, donc très petite quand h est petit.
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Exercices corrigés : La dérivation
Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.
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