Dérivée d'un radical n-ième

Le problème exposé dans ce sujet a été résolu.

Bonjour, je n’arrive pas à comprendre cette preuve de Image utilisateur :

Image utilisateur
  • Que signifie $\sqrt[n]{.}$?

  • Pourquoi puisque $(t^n)'$ existe, on peut dire que la racine n-ième est dérivable en $x = \sqrt[n]{t}$? D’après les propriétés sur les bijections réciproques, si une bijection continue est dérivable en $a$ et que cette dérivée est non-nulle alors sa bijection réciproque est dérivable en $f(a)$. Dans cette preuve, je dérive en $t$ la bijection $f : t \rightarrow t^n$ (en considérant f définie sur $\mathbb R^+$ pour n pair sinon ce n’est pas une bijection) donc d’après la propriété, l’application réciproque $f^{-1} : t^n \rightarrow \sqrt[n]{t^n} = t$ devrait être dérivable en $t^n$, non?

Merci d’avance.

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Yop !

  • Que signifie $\sqrt[n]{.}$?
Ozmox

C’est juste un raccourci qui évite d’écrire $\displaystyle x\mapsto\sqrt[n]{x}$. En soi $\displaystyle\left(\sqrt[n]{x}\right)'=0$, étant donné que tu "dérives" un réel :p

  • Pourquoi puisque $(t^n)'$ existe, on peut dire que la racine n-ième est dérivable en $x = \sqrt[n]{t}$? D’après les propriétés sur les bijections réciproques, si une bijection continue est dérivable en $a$ et que cette dérivée est non-nulle alors sa bijection réciproque est dérivable en $f(a)$. Dans cette preuve, je dérive en $t$ la bijection $f : t \rightarrow t^n$ (en considérant f définie sur $\mathbb R^+$ pour n pair sinon ce n’est pas une bijection) donc d’après la propriété, l’application réciproque $f^{-1} : t^n \rightarrow \sqrt[n]{t^n}$ devrait être dérivable en $t^n$, non?
Ozmox

Regarde bien, l’existence ne suffit pas, il te faut aussi aussi pour que ta fonction réciproque soit dérivable en $a$ que la dérivée de ta fonction ne s’annule pas en $a$, par exemple, $\sqrt{\phantom{1}}$ n’est pas dérivable en $0$ puisque la dérivée de $\displaystyle x\mapsto x^2$ en $0$ est nulle (en plus tu l’as dit toi-même :p). Or la dérivée de $\displaystyle t\mapsto t^n$ s’annule en $0$, tu ne pourras donc la dériver que sur $\displaystyle\mathbb{R}_+^*$. Sinon, c’est assez marrant de voir la fonction réciproque comme cela (la fonction qui à $\displaystyle t^n$ associe $t$). J’aurai plutôt pensé à la fonction qui à $t$ associe $\displaystyle\sqrt[n]{t}$. Parce que si tu résous l’équation d’inconnue $x$ avec $\displaystyle y\in\mathbb{R}_+$:

$$x^n=y$$

Alors tu vas bien tomber sur $x=\sqrt[n]{y}$ par définition (enfin, je crois, personnellement on m’a défini $\sqrt[3]{\cdot}$ sur $\displaystyle\mathbb{R}_+$ afin de pouvoir définir $\displaystyle\sqrt[n]{\cdot}$ pour tout $n$). Dans ce cas, ta fonction réciproque s’écrit $f^{-1}:t\mapsto\sqrt[n]{t}$, et le théorème de la bijection te dit bien qu’elle est dérivable sur $\mathbb{R}_+^*$ en te donnant la formule.

PS : Si l’objectif est juste de trouver cette dérivée et pas d’utiliser le théorème de la bijection, je pense que tu te compliquerais moins la vie en posant $\displaystyle f:t\mapsto\exp(n\ln(t))$ et $\displaystyle f^{-1}:t\mapsto\exp\left(\frac{1}{n}\ln(t)\right)$

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Yop !

Je préfère Gervais. ^^

Regarde bien, l’existence ne suffit pas, il te faut aussi aussi pour que ta fonction réciproque soit dérivable en $a$ que la dérivée de ta fonction ne s’annule pas en $a$, par exemple, $\sqrt{\phantom{1}}$ n’est pas dérivable en $0$ puisque la dérivée de $\displaystyle x\mapsto x^2$ en $0$ est nulle (en plus tu l’as dit toi-même :p).

BunshinKage

En effet, j’ai indiqué que la bijection $f$ est dérivable en $a \in \mathcal D_f$ mais que cette dérivée doit être non-nul pour que ce théorème fonctionne.

Dans ce cas, ta fonction réciproque s’écrit $f^{−1} : t \rightarrow \sqrt[n]{t}$, et le théorème de la bijection te dit bien qu’elle est dérivable sur $\mathbb R^*_+$ en te donnant la formule.

Je ne comprends pas pourquoi dans la preuve il est écrit que $f^{-1}$ est dérivable en $\sqrt[n]{t}$.

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Je ne comprends pas pourquoi dans la preuve il est écrit que $f^{-1}$ est dérivable en $\sqrt[n]{t}$.

Ozmox

C’est le problème des raccourcis "implicites". Ici $\displaystyle\sqrt[n]{\cdot}$ désigne bien une fonction de la variable qu’on veut (techniquement, on désigne la même fonction par $\displaystyle \text{tarteauxpommes}\mapsto\sqrt[n]{\text{tarteauxpommes}}$), mais c’est juste que généralement, on utilise souvent $x$ ou $t$ en variable, et ce sont des conventions que l’on ne réexplicite pas. Sauf que là, forcément, on a deux variables, impossible donc de savoir de laquelle on parle. Si tu préfères, une affirmation plus correcte donnerait :

Soit $\displaystyle n\in\mathbb{N}^*$. On sait que $\displaystyle f:t\mapsto t^n$ est dérivable sur $\displaystyle\mathbb{R}_+^*$ de dérivée $\displaystyle f':t\mapsto nt^{n-1}$, qui ne s’y annule pas. Dès lors, d’après le théorème de la bijection (flemme de montrer qu’elle y est bijective par contre, mais ça se fait facilement :p), sa fonction réciproque $\displaystyle f^{-1}$ est dérivable pour tout $\displaystyle x\in\mathbb{R}_+^*$ en $\displaystyle y=f(x)=x^n$ et :

$$\displaystyle \left(f^{-1}\right)'(y)=\frac{1}{f'(x)}=\frac{1}{f'\left(f^{-1}(y)\right)}=\frac{1}{n\left(\sqrt[n]{y}\right)^{n-1}}$$

En fait, dans la preuve, l’introduction de $\displaystyle x=f^{-1}(t)$ sert juste d’intermédiaire de calcul et est tout à fait dispensable, d’autant plus que cela embrouille les esprits (je n’arrive pas à me décider si oui ou non il y a une erreur dans la preuve, puisque $\displaystyle\sqrt[n]{\cdot}$ est dérivable en $\displaystyle x^n$ et non pas en $\displaystyle\sqrt[n]{x}$, mais avec cette manière de rédiger, je doute… Bien que je pencherais tout de même plus sur une erreur dans la preuve).

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Après réflexion, oui il y a une erreur, la fonction $\displaystyle\sqrt[n]{\cdot}$ est dérivable en $\displaystyle x=t^n$ et non pas en $\displaystyle x=\sqrt[n]{t}$. D’ailleurs, c’est utilisé dans les calculs, pour passer à la dernière égalité on utilise $\displaystyle t=\sqrt[n]{x}$.

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