Formulaire : dérivées et primitives

Leçon optionnelle — Aide-mémoire mathématique


Dérivées fondamentales

Fonctions de base

Fonction f(x)Dérivée f'(x)Domaine
cc (constante)00R\mathbb{R}
xnx^nnxn1nx^{n-1}R\mathbb{R} (si nNn \in \mathbb{N})
xαx^\alpha (αR\alpha \in \mathbb{R})αxα1\alpha x^{\alpha-1}R+\mathbb{R}^{+*}
1x\frac{1}{x}1x2-\frac{1}{x^2}R\mathbb{R}^*
x\sqrt{x}12x\frac{1}{2\sqrt{x}}R+\mathbb{R}^{+*}

Fonctions exponentielles et logarithmes

Fonction f(x)Dérivée f'(x)Domaine
exe^xexe^xR\mathbb{R}
axa^x (a>0a > 0)axln(a)a^x \ln(a)R\mathbb{R}
ln(x)\ln(x)1x\frac{1}{x}R+\mathbb{R}^{+*}
loga(x)\log_a(x)1xln(a)\frac{1}{x \ln(a)}R+\mathbb{R}^{+*}

Fonctions trigonométriques

Fonction f(x)Dérivée f'(x)Domaine
sin(x)\sin(x)cos(x)\cos(x)R\mathbb{R}
cos(x)\cos(x)sin(x)-\sin(x)R\mathbb{R}
tan(x)\tan(x)1cos2(x)=1+tan2(x)\frac{1}{\cos^2(x)} = 1 + \tan^2(x)xπ2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi
cot(x)\cot(x)1sin2(x)-\frac{1}{\sin^2(x)}xkπx \neq k\pi

Fonctions trigonométriques inverses

Fonction f(x)Dérivée f'(x)Domaine
arcsin(x)\arcsin(x)11x2\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}] ⁣1,1 ⁣[]\!-1, 1\![
arccos(x)\arccos(x)11x2-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}] ⁣1,1 ⁣[]\!-1, 1\![
arctan(x)\arctan(x)11+x2\frac{1}{1+x^2}R\mathbb{R}

Fonctions hyperboliques

Fonction f(x)Dérivée f'(x)Domaine
sinh(x)\sinh(x)cosh(x)\cosh(x)R\mathbb{R}
cosh(x)\cosh(x)sinh(x)\sinh(x)R\mathbb{R}
tanh(x)\tanh(x)1cosh2(x)=1tanh2(x)\frac{1}{\cosh^2(x)} = 1 - \tanh^2(x)R\mathbb{R}

Règles de dérivation

Opérations

RègleFormule
Somme(f+g)=f+g(f + g)' = f' + g'
Produit par constante(λf)=λf(\lambda f)' = \lambda f'
Produit(fg)=fg+fg(fg)' = f'g + fg'
Quotient(fg)=fgfgg2\left(\frac{f}{g}\right)' = \frac{f'g - fg'}{g^2}
Composition (chaîne)(fg)=(fg)g(f \circ g)' = (f' \circ g) \cdot g'
Inverse(f1)(y)=1f(f1(y))(f^{-1})'(y) = \frac{1}{f'(f^{-1}(y))}

Formules composées utiles

(eu)=ueu(e^{u})' = u' \cdot e^{u}
(ln(u))=uu(\ln(u))' = \frac{u'}{u}
(un)=nuun1(u^n)' = n \cdot u' \cdot u^{n-1}
(sin(u))=ucos(u)(\sin(u))' = u' \cdot \cos(u)
(cos(u))=usin(u)(\cos(u))' = -u' \cdot \sin(u)

Primitives fondamentales

Fonctions de base

Fonction f(x)Primitive F(x)Condition
xnx^n (n1n \neq -1)xn+1n+1\frac{x^{n+1}}{n+1}
1x\frac{1}{x}lnx\ln|x|x0x \neq 0
exe^xexe^x
axa^xaxln(a)\frac{a^x}{\ln(a)}a>0,a1a > 0, a \neq 1

Fonctions trigonométriques

Fonction f(x)Primitive F(x)
sin(x)\sin(x)cos(x)-\cos(x)
cos(x)\cos(x)sin(x)\sin(x)
tan(x)\tan(x)lncos(x)-\ln|\cos(x)|
cot(x)\cot(x)lnsin(x)\ln|\sin(x)|
1cos2(x)\frac{1}{\cos^2(x)}tan(x)\tan(x)
1sin2(x)\frac{1}{\sin^2(x)}cot(x)-\cot(x)

Formes remarquables

Fonction f(x)Primitive F(x)
11+x2\frac{1}{1+x^2}arctan(x)\arctan(x)
11x2\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}arcsin(x)\arcsin(x)
11x2-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}arccos(x)\arccos(x)
1x2+1\frac{1}{\sqrt{x^2+1}}argsh(x)=ln(x+x2+1)\text{argsh}(x) = \ln(x + \sqrt{x^2+1})
1x21\frac{1}{\sqrt{x^2-1}}argch(x)=ln(x+x21)\text{argch}(x) = \ln(x + \sqrt{x^2-1})

Fonctions hyperboliques

Fonction f(x)Primitive F(x)
sinh(x)\sinh(x)cosh(x)\cosh(x)
cosh(x)\cosh(x)sinh(x)\sinh(x)
tanh(x)\tanh(x)ln(cosh(x))\ln(\cosh(x))

Formules composées (primitives)

u(x)eu(x)dx=eu(x)\int u'(x) \cdot e^{u(x)} \, dx = e^{u(x)}
u(x)u(x)dx=lnu(x)\int \frac{u'(x)}{u(x)} \, dx = \ln|u(x)|
u(x)[u(x)]ndx=[u(x)]n+1n+1(n1)\int u'(x) \cdot [u(x)]^n \, dx = \frac{[u(x)]^{n+1}}{n+1} \quad (n \neq -1)
u(x)cos(u(x))dx=sin(u(x))\int u'(x) \cdot \cos(u(x)) \, dx = \sin(u(x))
u(x)sin(u(x))dx=cos(u(x))\int u'(x) \cdot \sin(u(x)) \, dx = -\cos(u(x))

Techniques d'intégration

Intégration par parties

udv=uvvdu\int u \, dv = uv - \int v \, du

Exemple : xexdx\int x e^x \, dx

On pose u=xu = x, dv=exdxdv = e^x dx, donc du=dxdu = dx, v=exv = e^x :

xexdx=xexexdx=xexex=(x1)ex\int x e^x \, dx = x e^x - \int e^x \, dx = x e^x - e^x = (x-1)e^x

Changement de variable

f(g(x))g(x)dx=f(u)duavec u=g(x)\int f(g(x)) \cdot g'(x) \, dx = \int f(u) \, du \quad \text{avec } u = g(x)

Exemple : 2xex2dx\int 2x \cdot e^{x^2} \, dx

On pose u=x2u = x^2, du=2xdxdu = 2x \, dx :

2xex2dx=eudu=eu=ex2\int 2x \cdot e^{x^2} \, dx = \int e^u \, du = e^u = e^{x^2}

Intégrales remarquables

Forme 1ax+b\frac{1}{ax+b}

1ax+bdx=1alnax+b\int \frac{1}{ax+b} \, dx = \frac{1}{a} \ln|ax+b|

Forme 1x2+a2\frac{1}{x^2+a^2}

1x2+a2dx=1aarctan(xa)\int \frac{1}{x^2+a^2} \, dx = \frac{1}{a} \arctan\left(\frac{x}{a}\right)

Forme 1a2x2\frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}}

1a2x2dx=arcsin(xa)\int \frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}} \, dx = \arcsin\left(\frac{x}{a}\right)

Forme 1x2±a2\frac{1}{\sqrt{x^2 \pm a^2}}

1x2+a2dx=ln(x+x2+a2)\int \frac{1}{\sqrt{x^2 + a^2}} \, dx = \ln\left(x + \sqrt{x^2+a^2}\right)
1x2a2dx=lnx+x2a2\int \frac{1}{\sqrt{x^2 - a^2}} \, dx = \ln\left|x + \sqrt{x^2-a^2}\right|

Identités utiles

Identités trigonométriques

sin2(x)+cos2(x)=1\sin^2(x) + \cos^2(x) = 1
1+tan2(x)=1cos2(x)1 + \tan^2(x) = \frac{1}{\cos^2(x)}
sin(2x)=2sin(x)cos(x)\sin(2x) = 2\sin(x)\cos(x)
cos(2x)=cos2(x)sin2(x)=2cos2(x)1=12sin2(x)\cos(2x) = \cos^2(x) - \sin^2(x) = 2\cos^2(x) - 1 = 1 - 2\sin^2(x)

Linéarisation

cos2(x)=1+cos(2x)2\cos^2(x) = \frac{1 + \cos(2x)}{2}
sin2(x)=1cos(2x)2\sin^2(x) = \frac{1 - \cos(2x)}{2}

Identités hyperboliques

cosh2(x)sinh2(x)=1\cosh^2(x) - \sinh^2(x) = 1
cosh(x)=ex+ex2\cosh(x) = \frac{e^x + e^{-x}}{2}
sinh(x)=exex2\sinh(x) = \frac{e^x - e^{-x}}{2}

Développements de Taylor courants

ex=1+x+x22!+x33!+=n=0xnn!e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!}
sin(x)=xx33!+x55!=n=0(1)nx2n+1(2n+1)!\sin(x) = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}
cos(x)=1x22!+x44!=n=0(1)nx2n(2n)!\cos(x) = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n \frac{x^{2n}}{(2n)!}
ln(1+x)=xx22+x33=n=1(1)n+1xnn(x<1)\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \cdots = \sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n+1} \frac{x^n}{n} \quad (|x| < 1)
11x=1+x+x2+x3+=n=0xn(x<1)\frac{1}{1-x} = 1 + x + x^2 + x^3 + \cdots = \sum_{n=0}^{\infty} x^n \quad (|x| < 1)
(1+x)α=1+αx+α(α1)2!x2+(x<1)(1+x)^\alpha = 1 + \alpha x + \frac{\alpha(\alpha-1)}{2!}x^2 + \cdots \quad (|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)