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Maths (Spé) — Analyse

Compléments sur la dérivation — Convexité

Dérivée de compositions, convexité, point d'inflexion

Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub

Résumé

La dérivation se complète en Terminale par l'étude de la convexité et les dérivées de fonctions composées. La dérivée de $f \circ g$ est $(f \circ g)'(x) = g'(x) \times f'(g(x))$. Par exemple, la dérivée de $e^u$ est $u'\,e^u$, celle de $\ln(u)$ est $\dfrac{u'}{u}$. Une fonction $f$ est convexe sur un intervalle $I$ si sa courbe est située au-dessus de chacune de ses tangentes, ce qui équivaut à $f'' \geq 0$ sur $I$. Elle est concave si $f'' \leq 0$ (courbe sous les tangentes). Un point d'inflexion est un point où la courbe change de convexité : $f''$ s'y annule en changeant de signe. La convexité intervient dans la démonstration d'inégalités et dans l'optimisation.

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Questions fréquentes

Les points clés à retenir sur Compléments sur la dérivation — Convexité, extraits du quiz de révision.

La dérivée de $e^{2x}$ est :
Réponse :
$2e^{2x}$
On utilise $(e^u)' = u'\,e^u$ avec $u = 2x$, donc $u' = 2$. La dérivée est $2e^{2x}$.
La dérivée de $\ln(x^2 + 1)$ est :
Réponse :
$\dfrac{2x}{x^2+1}$
On utilise $(\ln u)' = \dfrac{u'}{u}$ avec $u = x^2 + 1$, donc $u' = 2x$. La dérivée est $\dfrac{2x}{x^2+1}$.
Une fonction $f$ est convexe sur $I$ si et seulement si :
Réponse :
$f'' \geq 0$ sur $I$
La caractérisation par la dérivée seconde : $f$ convexe $\Leftrightarrow f'' \geq 0$. $f' \geq 0$ signifie que $f$ est croissante (pas convexe). $f'' \geq 0$ signifie que $f'$ est croissante.
La fonction $\ln(x)$ est :
Réponse :
Concave sur $]0\,;+\infty[$
$(\ln x)' = \dfrac{1}{x}$ et $(\ln x)'' = -\dfrac{1}{x^2} < 0$ pour tout $x > 0$. Donc $\ln$ est concave sur $]0\,;+\infty[$ : sa courbe est au-dessous de chacune de ses tangentes.