Observer, calculer, puis expliquer
Un exemple : pour f(x) = x³ − 3x, la dérivée est f′(x) = 3(x − 1)(x + 1). Son signe donne un maximum local en −1 et un minimum local en 1. Pour f(x) = x³, la dérivée s’annule en zéro sans changement de sens : une tangente horizontale n’est pas toujours un extremum.
Du taux à la pente
Calcule une pente moyenne, puis compare-la au nombre dérivé lorsque les deux points se rapprochent.
Pour f(x) = b x² + d et h non nul, le taux de variation vaut b(2x + h). Lorsque h se rapproche de zéro, ce taux se rapproche de 2b x. Un calcul pour un seul pas ne prouve pas encore une limite.
Étudier cette notion dans le coursConstruire une tangente
Construis une droite de la bonne pente qui passe par le bon point, puis vérifie les deux conditions.
La tangente a pour équation y = f(x₀) + f′(x₀)(x − x₀). Le point et la pente déterminent cette droite. Elle peut traverser la courbe, comme la tangente au cube en zéro.
Étudier cette notion dans le coursUne estimation contrôlée
Prévois une valeur proche par la tangente, puis mesure l'erreur au lieu de confondre approximation et égalité.
Pour le carré multiplié par b, le développement exact contient un terme supplémentaire b h². La tangente l'écarte : l'erreur absolue vaut |b| h². Cette formule ne s'étend pas sans preuve à toutes les fonctions.
Étudier cette notion dans le coursDeux changements de sens
Repère les points stationnaires et justifie leur rôle par le signe de la dérivée.
Un passage de f′ de + à − donne une montée puis une descente : un maximum local. Un passage de − à + donne un minimum local. Il faut étudier les intervalles, pas seulement constater f′ = 0.
Étudier cette notion dans le coursRéfuter une réciproque
Construis un cube dont la tangente est horizontale mais qui continue de varier dans le même sens.
Pour f(x) = a x³ + d avec a non nul, f′(0) = 0, mais les valeurs de part et d'autre de zéro se placent de part et d'autre de d. Zéro n'est pas un extremum. Un seul contre-exemple suffit à réfuter l'affirmation universelle.
Étudier cette notion dans le coursLa boîte optimale
Dans une feuille rectangulaire, découpe quatre carrés de côté x et relève les bords. Construis le modèle, choisis une découpe admissible et compare une autre feuille.
Pour une feuille de longueur L et de largeur l, le volume vaut x(L − 2x)(l − 2x). Une véritable boîte exige 0 < x < min(L,l)/2. Le modèle prolongé aux bornes donne un volume nul. Comparer les candidats et ces bornes justifie l'optimum intérieur.
Étudier cette notion dans le coursUne racine par les tangentes
Prévois une étape, fais avancer les tangentes, contrôle le résidu et mets la méthode à l'épreuve d'un départ qui échoue.
La prochaine abscisse est x − f(x)/f′(x), si la dérivée est non nulle. Le domaine, le résidu, la zone de travail et le nombre d'étapes sont contrôlés. Un résidu petit n'est pas une borne générale sur l'erreur d'abscisse.
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