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Prépa, 1re année › Dérivabilité › Calculer une dérivée $n$-ième

Calculer une dérivée $n$-ième : méthode (MPSI)

Méthode

Calculer une dérivée $n$-ième

  1. Décomposer la fonction en termes dont on connaît les dérivées successives : fraction rationnelle en éléments simples, produit de fonctions trigonométriques linéarisé, écriture $\cos(\omega x)=\mathrm{Re}(e^{i\omega x})$.
  2. Si la fonction est un produit dont un facteur est un polynôme de degré $p$, appliquer Leibniz : il reste au plus $p+1$ termes.
  3. Calculer les premières dérivées, conjecturer, puis démontrer par récurrence si aucune des deux méthodes ne s'applique.
  4. Vérifier le résultat pour $n=0$ et $n=1$.
Exemple

Dérivée $n$-ième d'une fraction rationnelle

Sur $\mathbb{R}\setminus\{-1,1\}$ : $\frac{1}{x-1}-\frac{1}{x+1}=\frac{2}{x^2-1}$, donc $\frac{1}{x^2-1}=\frac{1}{2}\left(\frac{1}{x-1}-\frac{1}{x+1}\right)$. Par linéarité et la formule usuelle : $$\left(\frac{1}{x^2-1}\right)^{(n)}=\frac{(-1)^n\,n!}{2}\left(\frac{1}{(x-1)^{n+1}}-\frac{1}{(x+1)^{n+1}}\right).$$ Pour $n=0$ on retrouve bien la fonction de départ.

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Dérivabilité : Calculer une dérivée $n$-ième