Formulaire : dérivées et primitives
Leçon optionnelle — Aide-mémoire mathématique
Dérivées fondamentales
Fonctions de base
| Fonction f(x) | Dérivée f'(x) | Domaine |
|---|
| c (constante) | 0 | R |
| xn | nxn−1 | R (si n∈N) |
| xα (α∈R) | αxα−1 | R+∗ |
| x1 | −x21 | R∗ |
| x | 2x1 | R+∗ |
Fonctions exponentielles et logarithmes
| Fonction f(x) | Dérivée f'(x) | Domaine |
|---|
| ex | ex | R |
| ax (a>0) | axln(a) | R |
| ln(x) | x1 | R+∗ |
| loga(x) | xln(a)1 | R+∗ |
Fonctions trigonométriques
| Fonction f(x) | Dérivée f'(x) | Domaine |
|---|
| sin(x) | cos(x) | R |
| cos(x) | −sin(x) | R |
| tan(x) | cos2(x)1=1+tan2(x) | x=2π+kπ |
| cot(x) | −sin2(x)1 | x=kπ |
Fonctions trigonométriques inverses
| Fonction f(x) | Dérivée f'(x) | Domaine |
|---|
| arcsin(x) | 1−x21 | ]−1,1[ |
| arccos(x) | −1−x21 | ]−1,1[ |
| arctan(x) | 1+x21 | R |
Fonctions hyperboliques
| Fonction f(x) | Dérivée f'(x) | Domaine |
|---|
| sinh(x) | cosh(x) | R |
| cosh(x) | sinh(x) | R |
| tanh(x) | cosh2(x)1=1−tanh2(x) | R |
Règles de dérivation
Opérations
| Règle | Formule |
|---|
| Somme | (f+g)′=f′+g′ |
| Produit par constante | (λf)′=λf′ |
| Produit | (fg)′=f′g+fg′ |
| Quotient | (gf)′=g2f′g−fg′ |
| Composition (chaîne) | (f∘g)′=(f′∘g)⋅g′ |
| Inverse | (f−1)′(y)=f′(f−1(y))1 |
Formules composées utiles
(eu)′=u′⋅eu
(ln(u))′=uu′
(un)′=n⋅u′⋅un−1
(sin(u))′=u′⋅cos(u)
(cos(u))′=−u′⋅sin(u)
Primitives fondamentales
Fonctions de base
| Fonction f(x) | Primitive F(x) | Condition |
|---|
| xn (n=−1) | n+1xn+1 | — |
| x1 | ln∣x∣ | x=0 |
| ex | ex | — |
| ax | ln(a)ax | a>0,a=1 |
Fonctions trigonométriques
| Fonction f(x) | Primitive F(x) |
|---|
| sin(x) | −cos(x) |
| cos(x) | sin(x) |
| tan(x) | −ln∣cos(x)∣ |
| cot(x) | ln∣sin(x)∣ |
| cos2(x)1 | tan(x) |
| sin2(x)1 | −cot(x) |
Formes remarquables
| Fonction f(x) | Primitive F(x) |
|---|
| 1+x21 | arctan(x) |
| 1−x21 | arcsin(x) |
| −1−x21 | arccos(x) |
| x2+11 | argsh(x)=ln(x+x2+1) |
| x2−11 | argch(x)=ln(x+x2−1) |
Fonctions hyperboliques
| Fonction f(x) | Primitive F(x) |
|---|
| sinh(x) | cosh(x) |
| cosh(x) | sinh(x) |
| tanh(x) | ln(cosh(x)) |
Formules composées (primitives)
∫u′(x)⋅eu(x)dx=eu(x)
∫u(x)u′(x)dx=ln∣u(x)∣
∫u′(x)⋅[u(x)]ndx=n+1[u(x)]n+1(n=−1)
∫u′(x)⋅cos(u(x))dx=sin(u(x))
∫u′(x)⋅sin(u(x))dx=−cos(u(x))
Techniques d'intégration
Intégration par parties
∫udv=uv−∫vdu
Exemple : ∫xexdx
On pose u=x, dv=exdx, donc du=dx, v=ex :
∫xexdx=xex−∫exdx=xex−ex=(x−1)ex
Changement de variable
∫f(g(x))⋅g′(x)dx=∫f(u)duavec u=g(x)
Exemple : ∫2x⋅ex2dx
On pose u=x2, du=2xdx :
∫2x⋅ex2dx=∫eudu=eu=ex2
Intégrales remarquables
Forme ax+b1
∫ax+b1dx=a1ln∣ax+b∣
Forme x2+a21
∫x2+a21dx=a1arctan(ax)
Forme a2−x21
∫a2−x21dx=arcsin(ax)
Forme x2±a21
∫x2+a21dx=ln(x+x2+a2)
∫x2−a21dx=lnx+x2−a2
Identités utiles
Identités trigonométriques
sin2(x)+cos2(x)=1
1+tan2(x)=cos2(x)1
sin(2x)=2sin(x)cos(x)
cos(2x)=cos2(x)−sin2(x)=2cos2(x)−1=1−2sin2(x)
Linéarisation
cos2(x)=21+cos(2x)
sin2(x)=21−cos(2x)
Identités hyperboliques
cosh2(x)−sinh2(x)=1
cosh(x)=2ex+e−x
sinh(x)=2ex−e−x
Développements de Taylor courants
ex=1+x+2!x2+3!x3+⋯=n=0∑∞n!xn
sin(x)=x−3!x3+5!x5−⋯=n=0∑∞(−1)n(2n+1)!x2n+1
cos(x)=1−2!x2+4!x4−⋯=n=0∑∞(−1)n(2n)!x2n
ln(1+x)=x−2x2+3x3−⋯=n=1∑∞(−1)n+1nxn(∣x∣<1)
1−x1=1+x+x2+x3+⋯=n=0∑∞xn(∣x∣<1)
(1+x)α=1+αx+2!α(α−1)x2+⋯(∣x∣<1)
Application en analyse numérique
💡Utilisation des formules
Ces formules sont essentielles pour :
- Calculer les bornes d'erreur des méthodes numériques (via les dérivées)
- Construire des approximations de Taylor pour la troncature
- Vérifier des résultats numériques avec des solutions analytiques
- Appliquer les substitutions dans les intégrales (voir leçon suivante)