Fermer
Visualisation Dérivées partielles premières Dérivées partielles secondes Extrema Équations aux dérivées partielles

$\frac{\partial\phantom{x}}{\partial x}$
Dérivées partielles

Visualisation

Vous pouvez ici visualiser les droites tangentes à une surface définie par une fonction d'"altitude" $f(x,y)$ dans les directions $x$ et $y$. Leurs pentes sont $\frac{\partial f}{\partial x}(x_0,y_0)$ et $\frac{\partial f}{\partial y}(x_0,y_0)$.

Vous pouvez choisir le point $(x_0,y_0)$ en lequel sont calculées les dérivées partielles et tourner la figure.

Au point $(x_0,y_0)$ correspondant au sommet les deux tangentes sont horizontales: en un extremum local les dérivées partielles s'annulent.

La réciproque est fausse: en un point $(x_0,y_0)$ correspondant à un col les deux tangentes sont horizontales et donc les dérivées s'annulent aussi, mais il n'y a pas d'extremum local.


Révisions sur les dérivées de fonctions d'une variable

Composée

$(f(g(x)))' = g'(x) f'(g(x))$


Dérivées partielles premières

Polynôme


Fraction rationnelle


Fonction générale


Gradient

$\vec{\nabla}f(x,y) = (\frac{\partial f}{\partial x}(x,y), \frac{\partial f}{\partial y}(x,y))$

Le gradient indique dans quelle direction la fonction croît et avec quelle intensité.


Gradient


Composée de fonctions

Pour $f:\mathbb R \to \mathbb R$ de classe $C^1$.

Pour $f:\mathbb R^2 \to \mathbb R$ de classe $C^1$ dont on note $u$ et $v$ les variables: $f(u,v)$.


Dérivées partielles secondes

Théorème de Schwarz Pour $f(x,y)$ de classe $C^2$, $$\frac{\partial^2f}{\partial x\partial y}(x,y) = \frac{\partial^2f}{\partial y\partial x}(x,y) . $$

$\frac{\partial f^2}{\partial x^2}(x,y)$ n'a pas de sens.

$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}(x,y)$ est la dérivée seconde de $f$ par rapport à $x$.


Polynôme


Fraction rationnelle


Fonction générale


Laplacien

$\Delta f(x,y) = \frac{\partial^2 f}{\partial x^2}(x,y) + \frac{\partial^2 f}{\partial y^2}(x,y)$

Le laplacien de $f$ en $(x,y)$ indique la concavité de la surface définie par le graphe de $f$. Une concavité en $x$ peut être compensée par une convexité en $y$ et réciproquement.


Extrema

Les extrema se trouvent

  • soit au bord du domaine de définition de la fonction,
  • soit en des points critiques, c'est-à-dire tels que $\frac{\partial f}{\partial x}(x,y) = 0 = \frac{\partial f}{\partial y}(x,y)$.

Points critiques


Caractérisation des extrema

Pour les fonctions de deux variables, on peut souvent déterminer si une fonction possède un extremum en un point critique $(x_0,y_0)$ en étudiant le signe de $$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}(x_0,y_0)\frac{\partial^2 f}{\partial y^2}(x_0,y_0) - \Big(\frac{\partial^2 f}{\partial x\partial y}(x_0,y_0) \Big)^2\,,$$ puis déterminer s'il s'agit d'un maximum ou d'un minimum à l'aide du signe de $\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}(x_0,y_0)$.


Équations aux dérivées partielles

Vérifier qu'une fonction est une solution


Intégration directe

Ordre 1 pour des polynômes.

Ordre 1 pour des fonctions générales.

Ordre 2 pour des polynômes.


Changement de variable

De la forme $x=au+bv,y=cu+dv$.

Cette page utilise des programmes écrits dans le langage SageMath et les exécute à l'aide de SageMathCell Les auteurs de cette page (Sébastien Breteaux, Damian Brotbek, Viktoria Heu) remercient Jean-Marc Sac-Épée de leur avoir fait connaître SageMathCell. La feuille de style utilisée est w3.css.