Fonctions. Chapitre IV. Généralités



Documents pareils
Développements limités usuels en 0

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Chapitre. Chapitre 12. Fonctions de plusieurs variables. 1. Fonctions à valeurs réelles. 1.1 Définition. 1.2 Calcul de dérivées partielles

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Capes Première épreuve

Mathématiques I Section Architecture, EPFL

Limites finies en un point

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

Développements limités. Notion de développement limité

Développements limités

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Continuité et dérivabilité d une fonction

Continuité en un point

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Fonctions de plusieurs variables

Fonctions de plusieurs variables

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

Fonctions de plusieurs variables et applications pour l ingénieur

MATHÉMATIQUES EN PREMIER CYCLE PRÉSENTATION DU PROGRAMME

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Complément d information concernant la fiche de concordance

Image d un intervalle par une fonction continue

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

3 Approximation de solutions d équations

Fonctions de deux variables. Mai 2011

La fonction exponentielle

6 Equations du première ordre

Cours d Analyse I et II

CNAM UE MVA 210 Ph. Durand Algèbre et analyse tensorielle Cours 4: Calcul dierentiel 2

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

Calcul différentiel sur R n Première partie

Représentation géométrique d un nombre complexe

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Université Paris-Dauphine DUMI2E 1ère année, Applications

Annexe 1 Programmes des classes préparatoires aux Grandes Ecoles

Continuité d une fonction de plusieurs variables

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Programme de la classe de première année MPSI

ALGORITHMIQUE II NOTION DE COMPLEXITE. SMI AlgoII

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

I. Polynômes de Tchebychev

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Cours de mathématiques

Nombre dérivé et tangente

Exercice 1 Trouver l équation du plan tangent pour chaque surface ci-dessous, au point (x 0,y 0,z 0 ) donné :

Mesure d angles et trigonométrie

Structures algébriques

Calcul différentiel. Chapitre Différentiabilité

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

1 Complément sur la projection du nuage des individus

Quelques contrôle de Première S

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Maple: premiers calculs et premières applications

NOTATIONS PRÉLIMINAIRES

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Cours 7 : Utilisation de modules sous python

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Angles orientés et trigonométrie

F1C1/ Analyse. El Hadji Malick DIA

Groupe symétrique. Chapitre II. 1 Définitions et généralités

Fonctions de plusieurs variables : dérivés partielles, diérentielle. Fonctions composées. Fonctions de classe C 1. Exemples

Dérivées d ordres supérieurs. Application à l étude d extrema.

Chapitre VI Fonctions de plusieurs variables

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Premiers pas avec Mathematica

NOMBRES COMPLEXES. Exercice 1 :

Calcul Formel et Numérique, Partie I

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Chapitre 4: Dérivée d'une fonction et règles de calcul

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Introduction. Mathématiques Quantiques Discrètes

Nathalie Barbary SANSTABOO. Excel expert. Fonctions, simulations, Groupe Eyrolles, 2011, ISBN :

Dérivées et intégrales non entières

Traceur de courbes planes

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

Correction de l examen de la première session

Calcul Formel et Numérique, Partie I

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé


M2 IAD UE MODE Notes de cours (3)

Théorie des graphes et optimisation dans les graphes

Le produit semi-direct

Du Premier au Second Degré

Transcription:

Chapitre IV Fonctions IV.a. Généralités En termes vagues, une fonction f associe à tout élément x un ensemble A au plus un élément f (x) un ensemble B. Plus formellement, on éfinit une fonction comme ceci : Définition 35 (fonction) Une fonction f e A ans B est un triplet (A, B, G), où A et B sont es ensembles et G est une partie e A B, tel que (x, y) G, (x, y ) G, x = x = y = y. Les ensembles A, B et G sont respectivement appelés ensemble e épart, ensemble arrivée et graphe e f. L ensemble {x A y B, (x, y) G} s appelle l ensemble e éfinition (ou le omaine e éfinition) e f et sera noté om f. On appelle image e x A tout élément y e B tel que (x, y) G. Tout x A a au plus une image, notée f (x) si elle existe : une si x om f, aucune si x A \ om f. On note f (A ) { f (x) x A om f } l image un ensemble A A. Tout x tel que y = f (x) est un antécéent e y. On note f ({y}) l ensemble es antécéents e y ; pour un ensemble B B, f (B ) { f ({y}) y B }. Si l antécéent e y existe et est unique, on peut le noter f (y). Remarques On utilisera la notation f : A B, x expression(x) ou f : x A expression(x) B pour éfinir une fonction f e A ans B ont la valeur en x est expression(x), ou f : A B si on ne s intéresse qu aux ensembles e épart et arrivée. Inversement, pour iniquer, sans les préciser, que les ensembles e épart et arrivée sont inclus ans es ensembles E et F, nous écrirons f : E F, par exemple f : R R pour une fonction [à valeur] réelle une variable réelle. Pour faire référence à une fonction éjà éfinie, on écrira simplement «f». Bien souvent, les ensembles e épart et arrivée seront implicitement R. On pourra alors se contenter écrire f : x expression(x), voire x expression(x) si on ne veut pas onner e nom à la fonction. Même s il nous arrivera e ire abusivement «la fonction f (x) = expression(x)», attention à istinguer la fonction, f, e sa valeur en x, f (x). Une fonction est onc le plus souvent éfinie par un ensemble e épart, un ensemble arrivée et, au lieu un graphe, par une procéure ou expression (une «formule» typiquement, ou plusieurs formules entre lesquelles on choisit selon la valeur e x) permettant e calculer f (x) à partir e x. Une fonction ne se réuit cepenant pas à une formule : une même formule appliquée à es ensembles e épart ou arrivée ifférents éfinit es fonctions ifférentes ; et même si elles ont le même graphe, elles n ont pas nécessairement les mêmes propriétés et oivent être notées ifféremment. Par exemple, f : [ π/, π/] [, ], x sin x, est bijective, mais pas g: [ π/, π/] R, x sin x. 35

L appellation «sinus» et la notation «sin» sont onc génériques : le sinus est bien éfini pour tout nombre complexe, mais il n y a pas e fonction «sinus» tout court : il y a les fonctions f, g, x R sin x R, x C sin x C, etc. Il est onc nécessaire e préciser les ensembles e épart et arrivée ès qu il y a ambiguïté. Pour une fonction éfinie par une formule, l ensemble e éfinition est l ensemble es points e l ensemble e épart pour lesquels la formule a un sens ans l ensemble arrivée. Une fonction est éfinie en un point x si x om f ; elle est éfinie sur un ensemble H si H om f (ce qui ne veut pas ire que H = om f ) : bien istinguer «un ensemble où f est éfinie» e «l ensemble e éfinition e f». On note souvent en physique e la même manière une quantité et la fonction permettant e la calculer à partir e certaines variables, par exemple U = U(S, V, n) au lieu e U = f (S, V, n), où U est l énergie interne, S l entropie, V le volume et n le nombre e moles. Si S est une fonction e la température T, e V et e n, on notera encore U = U(T, V, n) au lieu e U = g(t, V, n), bien qu il ne s agisse pas e la même fonction. Cette notation est acceptable tant que les variables sont apparentes. En revanche, si x est la valeur e S ou T, il faut écrire U(S = x, V, n) pour f (x, V, n) et U(T = x, V, n) pour g(x, V, n), non U(x, V, n). De même pour une érivée partielle e U, l expression U/ V est ambiguë et peut ésigner soit f / V, soit g/ V. Pour les istinguer, on met les autres variables en inice : ( U/ V) S, n pour f / V et ( U/ V) T, n pour g/ V. Prenons un autre exemple en mécanique : le vecteur position r un point M peut être exprimé en fonction e l abscisse curviligne s le long e la trajectoire, r = f (s), ou en fonction u temps t, r = f (g[t]) si s = g(t). On écrit souvent r t = r s s t au lieu e f (g[t]) t = f g (s[t]) s t (t). Définition 36 (application) Une application est une fonction qui associe à chaque élément e l ensemble e épart une et une seule image ans l ensemble arrivée. Remarques D après la éfinition 35, une fonction associe au plus une image à tout élément e l ensemble e épart. Pour certains auteurs, une «fonction» (partial function en anglais) est en fait une application (total function ou simplement function en anglais). Même si l étue une fonction hors e son omaine e éfinition n a pas e sens, cette ientification oblige à connaître le omaine e éfinition une fonction avant même sa éfinition... D autres écrivent «f : A B» pour iniquer que A om f et non que A est l ensemble e épart, ce qui est source e confusion quan on s intéresse aux valeurs e f hors e A (par exemple pour calculer la ite e f en un point e l ahérence e A). Nous utiliserons la notation f F (A, B) pour une fonction f telle que A om f et f (A) B. Définition 37 (bijection, fonction réciproque) Une fonction f : A B est bijective (ou inversible) si y B,! x A, f (x) = y. réciproque, f : B A, éfinie par f (y) = x si f (x) = y. Une application bijective est appelée une bijection. f amet alors une fonction Théorème 44 Soit f une fonction réelle une variable réelle. Si f est strictement monotone, elle est inversible.. L appellation fonction inverse et la notation f, toutes eux usuelles, sont naturelles en algèbre linéaire. En effet, si f et g sont eux applications linéaires et Φ et Γ les matrices associées, la matrice corresponant à la composition f g est le prouit matriciel Φ Γ. En particulier, la matrice associée à la réciproque e f, si elle existe, est Φ (inverse matriciel e Φ). Nous éviterons cepenant cette appellation et cette notation ans ce cours en raison u risque e confusion avec la fonction / f : x / f (x). En particulier, par cohérence avec la notation traitionnelle sin x (sin x) sin(sin x), on ne notera pas sin l application réciproque e x [ π/, π/] sin x [, ], mais arcsin ; e même pour les autres fonctions trigonométriques et les fonctions hyperboliques (avec «arg» au lieu e «arc» pour ces ernières : argsh, etc.). 36

Définition 38 (restriction) Soient f une application e A ans B et H une partie e A. On appelle restriction e f à H et on note f H l application f H : H B, x f (x) La restriction une fonction à son omaine e éfinition en fait ainsi une application. Chaque fois que l on emane étuier les ites, la continuité ou la érivabilité une fonction, on sous-enten l étue e l application obtenue en restreignant la fonction à son omaine e éfinition. Ainsi, la fonction x R /x R est bien continue, car elle est continue sur om f = R. Définition 39 (prolongement) Soient f une application e A ans B et g une application e H ans B. g est un prolongement e f à H si et seulement si A H et x A, g(x) = f (x). g est éviemment un prolongement e g A. IV.b. IV.b.. Limite une fonction Définitions La éfinition suivante généralise celle éjà onnée pour une suite. Définition 40 (ite [pointée] une fonction : éfinition générale) Soient (E, ) et (F, δ) es espaces métriques, A une partie e E, B une partie e F et f une application e A ans B. f converge ans (F, δ) en un point a e ah (E, ) A s il existe un élément l F, appelé «ite e f en a ans (F, δ)», tel que ɛ > 0, η > 0, x A, (a, x) η = δ( f [x], l) ɛ. () On note ceci a f = l, x a f (x) = l ou f (x) x a l. Remarques Les inégalités larges ans (a, x) η et δ( f [x], l) ɛ peuvent être remplacées par es inégalités strictes. En revanche, les inégalités ans ɛ > 0 et η > 0 oivent être strictes. Il n est pas nécessaire que f soit éfinie en a : il faut seulement que a appartienne à l ahérence ah A une partie A sur laquelle f est éfinie. Par exemple, bien que la fonction x sin x/x ne soit pas éfinie en 0, sa ite en 0 existe ( x 0 (sin x/x) = ). En revanche, si a A et que f amet une ite finie en a, on a nécessairement x a f (x) = f (a). La ite est unique, mais elle épen e l ensemble e épart e l application. Exemple 7 Soit l application f : R R, 0 si x Q, x si x R \ Q. On a 0 ah Q = ah(r \ Q) = R. La ite e f en 0 n est pas éfinie et f, f Q et f R\Q sont es applications ifférentes. Définition 4 La ite épointée est 0 f Q = 0 0 f R\Q =. f (x) f H(x), x a, x a x a où H = A \ {a}. Cette ite est qualifiée «épointée» par opposition à la ite, parfois ite «pointée», e la éfinition 40. 37

Si A R, la ite à gauche en a est f (x) f H(x), x a, x<a x a où H = A ], a[. Elle est aussi notée x a f (x) ou f (a ). Si A R, la ite à roite en a est f (x) f H(x), x a, x>a x a où H = A ]a, + [. Elle est aussi notée x a + f (x) ou f (a + ). Comme on oit avoir a ah H, les ites épointées, à gauche et à roite, ne peuvent être éfinies si a est un point isolé e A. Par exemple, si A = {0} ], + [, a = 0 et H = A \ {a} = ], + [, alors a ah H = [, + [ et x 0, x 0 ne peut être éfinie. Si B R, on it que f converge vers l par valeurs supérieures en a, ce que l on note a f = l +, si ɛ > 0, η > 0, x A, (x, a) η = l f (x) l + ɛ. Si B R, on it que f converge vers l par valeurs inférieures en a, ce que l on note a f = l, si ɛ > 0, η > 0, x A, (x, a) η = l ɛ f (x) l. Dans le cas où E et F sont es espaces vectoriels normés, la éfinition générale pren la forme suivante : Définition 4 Soient (E, E ) et (F, F ) es espaces vectoriels normés, A une partie e E, B une partie e F et f une application e A ans B. f amet une ite l F en un point a e ah (E, E ) A si ɛ > 0, η > 0, x A, x a E η = f (x) l F ɛ. () Le cas que nous rencontrerons le plus souvent est celui où A R et B R. Réécrivons onc la éfinition générale ans le cas où E et F sont l espace vectoriel (R, ) ou l espace métrique (R, ). Outre le cas une ite finie en un point à istance finie, application irecte e la éfinition générale, on peut éfinir es ites infinies ou à l infini. Définition 43 (ite finie en un point à istance finie) Soient A et B es parties e R et f une application e A ans B. f amet une ite (finie) l R en un point a e ah (R, ) A (onc à istance finie) si ɛ > 0, η > 0, x A, x a η = f (x) l ɛ. (3) Exemple 8 La fonction x x a pour ite 4 quan x. En effet, x 4 = (x ) (x + ), qui est inférieur à 5 x ès que x + 5 (comme x, il suffit e prenre x tel que x ) : 5 x peut onc être renu aussi petit que l on veut quan x. Exemple 9 x f (x) = sin(/x) n a pas e ite quan x 0 : f (x) oscille e plus en plus vite entre et. Définition 44 (ite infinie en un point à istance finie) Soient A et B es parties e R et f une application e A ans B. f ten vers + en un point a e ah (R, ) A si On note ceci x a f (x) = + ou f (x) x a f ten vers en un point a e ah (R, ) A si M R, η > 0, x A, a x η = f (x) M. (4) +. M R, η > 0, x A, a x η = f (x) M. (5) Exemple 30 La fonction tangente est éfinie ans les intervalles ouverts ]( n ) π/, ( n + ) π/[ ; tan x + quan x ( n + ) π/ par valeurs inférieures ; tan x quan x ( n + ) π/ par valeurs supérieures. 38

Définition 45 (ite finie en un point à l infini) Soient A une partie non majorée e R, B une partie e R et f une application e A ans B. f amet une ite (finie) l R quan x ten vers + si On note ceci x + f (x) = l ou f (x) x + l. ɛ > 0, X R, x A, x X = f (x) l ɛ. (6) Remarque. La conition «A est une partie non majorée e R» équivaut à + ah (R, ) A. Exercice Définir e manière analogue les ites suivantes : x f (x) = l ; x + f (x) = + ; x + f (x) = ; x f (x) = + ; x f (x) =. Exemple 3 Nous avons x ( + e x ) =, tanis que x ( + e x ) = +. IV.b.. Propriétés es ites Théorème 45 (ites finies) Soient (E, ) un espace métrique, (F, ) un K-espace vectoriel normé, A E, B F et a ah (E, ) A ; soient également f et g eux applications e A ans B, e ites (finies) l et l ans (F, ) quan x a, et λ K. On a les propriétés suivantes : λ f (x) λ l ; x a (7a) f (x) + g(x) l + l ; x a (7b) si F = K, f (x) g(x) l l ; x a (7c) si F = K et l 0, f (x) x a l ; (7) si F = R et l = 0 + (resp. 0 ), f (x) x a + (resp. ). (7e) Théorème 46 (ites infinies) Si F = R, les propriétés énoncées pour les ites finies sont encore valables si l ou l = ± ans les cas où les opérations sont bien éfinies ans R (cf. éf. ). Ces propriétés ne permettent pas e couvrir tous les cas et on rencontre parfois une «forme inéterminée» (voir section IV.e). Par exemple, ( x ( )) π x + + sin =, (8a) x 0 ( x ( )) π x + tan =, (8b) x ( ) x = 0??? (8c) x 0 tan(π x/) 0 IV.b.3. Encarement Théorème 47 («théorème es genarmes») Soient f, g et h es applications e A ans B R telles que x A, g(x) f (x) h(x) et a ah A. Si g et h ont la même ite (finie ou infine) quan x a, alors f a aussi cette ite en a. 39

0.75 0.5 0.5-0.5 0. 0. 0.3 0.4 0.5 0.6-0.5-0.75 Figure IV.. La fonction x sin(/x), encarée par les fonctions ± x, ten vers 0 quan x 0. Exemple 3 Soit f (x) = x sin(/x), g(x) = x, h(x) = x pour x ]0, ]. Le théorème nous it que x 0 f (x) = 0. Voir figure IV.. Exemple 33 De même pour x > 0, f (x) = sin x/x, g(x) = /x, h(x) = /x. Le théorème nous it que x f (x) = 0. IV.c. Continuité une fonction Définition 46 (continuité) Soient E et F es espaces métriques et f : A E B F une application. f est continue en a A si x a f (x) = f (a). Elle est continue sur A si elle l est en chaque point a e A. Exemple 34 Les fonctions usuelles, puissances, polynômes, trigonométriques, exponentielle, logarithme, etc., sont continues en tout point e leur ensemble e éfinition. Définition 47 (continuité à roite, à gauche) Soit f : A R B F une application. f est continue à roite (resp. à gauche) en a A si x a + f (x) = f (a) (resp. x a f (x) = f (a)). Remarques Une fonction continue à roite et à gauche en a est continue en a. Bien istinguer «continuité à roite en a» et «continuité à roite e a». Exemple 35 La partie entière est l application E: R Z, x E(x) = max{n Z n x} Pour tout x R, on a E(x) x < E(x) +. La partie entière e x est également notée x. La fonction partie entière a une ite en tout point non entier et y est continue, mais est iscontinue en tout point entier. En effet, si n Z, x n E(x) = n, mais x n + E(x) = n. La fonction E est continue à roite et iscontinue à gauche. Remarque La continuité en un point épen e l ensemble e épart : la fonction E [0, [ n est pas continue en, mais les fonctions E [0, [ et E [, [ le sont. Sauf si A et H sont es ouverts, Exemple 36 La fonction est continue en 0 mais ne l est nulle part ailleurs. f A continue et f H continue = f A H continue. R R, x si x Q, x 0 si x R \ Q 40

Théorème-éfinition (prolongement par continuité) Soit f : A E B F une application continue sur A et H une partie e E telle que A H ah A. Si x H \ A, f amet une ite en x ans F, alors la fonction g: H F, f (x) si x A, x ξ x f (ξ) si x H \ A est continue sur H. On l appelle le prolongement par continuité à H e f. Exemple 37 La fonction f : x sin x/x est éfinie et continue sur A = R. Sa ite en 0 est finie et vaut. La fonction est onc le prolongement par continuité e f à R. g: R R, f (x) si x 0, x si x = 0 Théorème 48 (théorème es valeurs interméiaires) Soit f : I R R une application continue. Si I est un intervalle, f (I) est un intervalle. Si I est un intervalle fermé, f (I) est un intervalle fermé. Si I est un intervalle fermé [a, b], le maximum et le minimum e f sont atteints : f ([a, b]) = [c, ], où c min [a, b] f et max [a, b] f. Donc, pour tout y [c, ], il existe x [a, b] tel que y = f (x). Théorème 49 Soit f : I R une application continue et strictement monotone. Alors l application g: I f (I), x f (x) est bijective et sa réciproque g est continue, strictement monotone et e même sens e variation que f. IV.. Dérivation une fonction Définition 48 (Dérivée une fonction une variable réelle) Soient F un R-espace vectoriel normé, f : A R B F une application et a A un point accumulation e A. f est ite érivable en a si et seulement si x a, x a f (x) f (a) x a existe ans F. Cette ite est appelée érivée (première) e f en a et est notée f (a) ou f x. x=a La fonction f : x A f (x) F est appelée fonction érivée ou simplement érivée e f. Remarques Par commoité, on écrit souvent et abusivement es expressions telles que sin x au lieu e x sin x. Il est onc assez naturel utiliser la notation (sin x) au lieu e (x sin x) pour ésigner la fonction érivée e x sin x, voire sa valeur en x, ( sin t/t)(t = x). Pour une fonction amettant un symbole usuel, p. ex. sin, il est plus correct écrire sa érivée sin x, mais attention : (sin( x)) = (x sin( x)) = cos( x) tanis que sin ( x) = ( sin t/t)(t = x) = cos( x). S il y a plusieurs variables, le symbole ésigne traitionnellement la érivation par rapport à la variable x : on a ainsi (sin(a x)) = a cos(a x). S il n y a pas e x ans l expression, il y a ambiguïté : par exemple, les symboles a et t ésignant généralement une constante et une variable respectivement, on peut supposer que (sin a) = 0 et (sin t) = cos t, mais il vaurait mieux écrire (x sin a) et (t sin t). Ne jamais écrire (sin 0) = cos 0, car sin 0 est un nombre, pas une fonction, onc (sin 0) = 0. En revanche, on a bien sin 0 = (sin x) (x = 0) = cos 0. (9) 4

La ite oit être ans F. On ne ira onc pas que f est érivable en a si la ite u taux accroissement ( f (x) f (a))/(x a) est ±. Si f est une fonction vectorielle e A ans R p, c.-à-. si f = ( f,..., f p ), où les f i sont es fonctions e A ans R, f est érivable si et seulement si f i est érivable pour tout i, p. On a alors f = ( f,..., f p). De même, si f est à valeurs complexes, f = (Re f ) + i (Im f ). Comme x a 0 quan x a, il est nécessaire (mais non suffisant) que f (x) f (a) pour que la érivée existe, c.-à-. que f soit continue en a. La érivabilité en un point épen e l ensemble e épart : la fonction f : R R, x x n est pas érivable en x = 0, mais f R + et f R le sont. Remarquer que f A érivable et f H érivable = f A H érivable. L implication est en toutefois vraie si A et H sont es ouverts, raison pour laquelle on éfinit souvent la érivée en un point appartenant à un ouvert inclus ans om f. La formulation plus génerale que nous avons aoptée nous permet e ériver aux bornes un intervalle fermé, ce ont nous aurons besoin pour éfinir les fonctions C k par morceaux. Comme on peut iviser par un nombre complexe, cette éfinition est généralisable au cas une fonction une variable complexe : si A est un ouvert e C, f : A B F une application e A et F un C-espace vectoriel normé F, la érivée e f en un point z 0 A est le nombre f (z) f (z 0 ), z z 0, z z 0 z z 0 si cette ite existe ans C. Cette éfinition est bien plus contraignante que ans le cas une variable réelle : il faut que la ite existe et soit la même quelle que soit la irection u plan complexe selon laquelle z se rapproche e z 0. En contrepartie, si f existe sur un ouvert e C, f possèe alors e nombreuses propriétés intéressantes : elle est infiniment érivable, éveloppable en série entière, etc. Si f est érivable en a, f (a + h) = f (a) + f (a) h + o(h). L application ( f ) a : R F, h f (a) h est une application linéaire et porte le nom e ifférentielle e f en a. Ce concept peut être généralisé au cas où l ensemble e épart e f n est pas compris ans R ou C. On it qu une application f : A E B F, où E et F sont es espaces vectoriels normés, est ifférentiable en a A si il existe une application linéaire continue L e E ans F 3 telle que f (a + h) = f (a) + L(h) + o( h ) si a + h A. L application L s appelle la ifférentielle e f en a et est notée ( f ) a. Si f est une fonction e n variables réelles (x = (x,..., x n )) et est ifférentiable en a, les érivées partielles (voir infra) ( f / x i ) x=a e f en a existent pour tout i, n et p ( ) f ( f ) a (h) = h i, x i où h = (h,..., h n ), ce que l on note souvent ( f ) a = i= p ( ) f i= où x i est la fonction x i : h h i. En revanche, il ne suffit pas que les érivées partielles e f en a existent pour que f soit ifférentiable en a. x i x=a x=a x i,. En revanche, f érivable sur A et f érivable sur H = f érivable sur A H. 3. Si E est e imension finie, une application linéaire e E ans F est nécessairement continue. 4

La fonction f : E L(E, F), a ( f ) a, où L(E, F) est l ensemble es applications linéaires e E ans F, s appelle la ifférentielle e f (tout court). Si f est une fonction une variable réelle, on peut parfois éfinir es érivées à roite et à gauche en a, même quan f (a) n existe pas. Définition 49 (Dérivées à roite et à gauche) Soient F un R-espace vectoriel normé, f : A R B F une application et a A. f est érivable à roite en a si la quantité f (a) ( f A [a, + [ ) (a) existe et est finie ; f (a) porte le nom e érivée à roite. On éfinit e même la érivée à gauche, f g(a), en remplaçant [a, + [ par ], a]. Théorème 50 Une fonction f une variable réelle est érivable en un point a appartenant à l intérieur e son omaine e éfinition si ses érivées à roite et à gauche en a existent et sont égales. On a alors f (a) = f (a) (= f g(a)). Notations Les érivées successives (si elles existent) se notent f (a) = f x,..., f (k) (a) = k f x=a x k, x=a.... (0) En physique, la notation f est souvent réservée à une érivation par rapport à une cooronnée espace, tanis qu une érivée par rapport au temps est notée par un point suscrit :. f (t) = f t,.. f (t) = f, etc. () t S il y a plusieurs variables (par exemple es cooronnées espace et e temps, ou es variables e pression et e température), on utilise les notations e érivée partielle. Par exemple, pour une fonction f épenant es variables u et v, f u(u, v) f u h 0, h 0 f (u + h, v) f (u, v) h, f v(u, v) f v, f u, v(u, v) f u v ( ) f. () u v Théorème 5 Si f et g sont toutes eux érivables en x, et si λ R, on a les règles suivantes : ( λ f ) = λ f ; (3a) ( f + g ) = f + g ; (3b) si f et g sont à valeurs ans K, ( f g ) = f g + f g ; (3c) ( ) f si f et g sont à valeurs ans K et g(x) 0, = f g f g. (3) g g Théorème 5 Si g est érivable en x et f est érivable en y = g(x), alors f g est érivable en x et ( f g) = g f ( ) g, c.-à-. x f [g(x)] (x) = g (x) f (g[x]). (4) Théorème 53 Si f est bijective, érivable en y = f (x) et que f (y) 0, alors f est érivable en x et ( f ) = f f, c.-à-. ( x f (x) ) (x) = f ( f [x]). (5) 43

Ces règles écoulent e la éfinition 48. Les érivées e quelques fonctions élémentaires sont onnées à l appenice IV.. Définition 50 (fonction C k ) Soient k N et F un R-espace vectoriel normé. Une fonction f : A R B F est ite (e classe) C k sur un intervalle I A (ce qu on notera f C k (I B)) si elle est continue sur I et si toutes ses érivées jusqu à l orre k inclus existent et sont continues sur I. Si elle est inéfiniment érivable, on it qu elle est C. Une fonction C 0 est onc simplement une fonction continue. Définition 5 (subivision finie) Soient n N, (a, b) R et (x 0,..., x n ) R n+. (x 0,..., x n ) est une subivision finie e [a, b] si et seulement si x 0 = a < x <... < x n = b. Définition 5 (fonction C k par morceaux) Une fonction f est ite C k par morceaux sur un intervalle I (ce qu on notera f C k m(i B)) si pour tout intervalle [a, b] inclus ans I, il existe une subivision finie (x 0,..., x n ) e [a, b] telle que i 0, n, f ]xi, x i+ [ soit prolongeable en une fonction C k sur [x i, x i+ ] 4. Une fonction C 0 m (continue par morceaux) sur un intervalle [a, b] est onc une fonction continue sur [a, b], sauf en un nombre fini e points, et ont les iscontinuités en ces points sont finies. IV.e. Formes inéterminées On rencontre souvent es situations où la ite se présente sous une forme inéterminée. On appelle ainsi es expressions e la forme «0/0», «/», «0»,,, «0 0», «0», etc. Exemple 38 Quelles sont les ites pour x 0 e sin x/x, x ln x, ln x + /x, ( + x) /x, x x? On va montrer plus bas qu on peut se ramener au cas «0/0». Consiérons onc un rapport f (x)/g(x) où f (x) et g(x) tenent vers 0 quan x a. Il existe plusieurs procéés analyse une telle forme inéterminée. Tout abor, après la éfinition e la érivée une fonction f en a comme x a ( f (x) f (a))/(x a), on a le théorème suivant : Théorème 54 (règle e l Hospital) Si f (a) = g(a) = 0, si les érivées e f et g existent en a et si leur rapport est fini, on a x a f (x) g(x) = f (a) g (a). (6) Preuve En effet, x a ( f (x) f (a) f (x) f (a) g(x) g(a) = x a x a ) x a. (7) g(x) g(a) Si le rapport f (a)/g (a) est toujours inéterminé et si les érivées orre supérieur existent, on a le roit itérer la règle e l Hospital, c.-à-. examiner f (n) (a)/g (n) (a) pour n =, 3,..., jusqu à l obtention une forme éterminée. 4. f ]xi, x i+ [ est prolongeable e manière continue sur [x i, x i+ ] si les ites e f en x + i est alors la fonction f i éfinie par x ]x i, x i+ [, f i (x) = f (x) ; f i (x i ) = x + f ; i f i (x i+ ) = x i+ f. f est onc C k m si i 0, n, f i est C k sur [x i, x i+ ]. et x i+ sont finies. Le prolongement e f ]xi, x i+ [ 44

C O x x H A D sin x tan x B Figure IV.. Interprétation géométrique e () : OB = OC = ; BH = HC = sin x ; BD = DC = tan x. On a BC arc(bc) BD + DC, onc sin x x tan x. Exemple 39 Que vaut x 0 (( + x )/x)? Première méthoe. On multiplie et ivise par la «quantité conjuguée», c.-à-. qu on écrit + x + x = x ( + x + ) x = + x + x 0. (8) Secone méthoe. On utilise la éfinition e la érivée : ( ) + x = x = x 0 x x x= = x x=. (9) Troisième méthoe. On utilise la règle e l Hospital. f (x) = /( + x ) et g (x) =. + x x 0 x On pose f (x) = + x et g(x) = x, soit = f (0) g (0) =. (0) Exemple 40 Un résultat important est que sin x =. () x 0 x En effet, la ite est par éfinition la érivée e x sin x en 0, soit cos x évalué en 0, c.-à-.. L interprétation géométrique e ce résultat est aussi importante à garer en tête : sur un cercle e rayon unité, sin x est la longueur e la core corresponant à un angle e x raians. Pour e petits angles, la longueur e la core vaut approximativement celle e l arc : rigoureusement, sin x x quan x 0 (voir figure IV.). Une autre iée est utiliser es majorations ou minorations (comme ans le théorème es genarmes) pour se ramener à autres formes inéterminées ont la ite est plus aisément calculable. Ainsi, ans l exemple précéent e sin x/x, on a sin x x tan x (la core BC est plus courte que celle e l arc BAC, lui-même plus court que la ligne brisée BDC), où l encarement cos x sin x/x. Exemple 4 Quan x, ln x ten vers plus lentement que x α, pour tout α > 0. Quan x 0, ln x ten vers plus lentement que x α, pour tout α > 0. Pour voir cela, partons e l inégalité ln x < x. Pour émontrer cette inégalité, étuions la fonction f (x) = ln x x. Sa érivée, f (x) = ( x )/( x), est négative pour x > 4, positive pour 0 < x < 4. La fonction f est onc maximale en x = 4 et son maximum vaut f (4) = (ln ) = ln(/e) < 0. La fonction f est onc toujours négative. On en éuit que 0 < ln x/x < x /x, onc que + (ln x/x) = 0 et, plus généralement, par changement e variable, que ln x α > 0, = 0 et x xα x 0 (xα ln x) = 0, () où l on passe e la première assertion à la secone par le changement e variable x /x. 45

Exemple 4 En utilisant le résultat précéent, on émontre que pour tout α R, Il suffit e prenre le logarithme : x xα e x = 0. ln(x α e x ) = x + α ln x = x ( + α ln x ) x }{{} 0 x. Quan toutes les méthoes précéentes ont échoué, parce que la érivée e f ou e g n existe pas, ou que f /g est encore u type 0/0, et qu aucun encarement n a pu être trouvé, une iscussion plus serrée s impose. Si on a eux fonctions f et g ont le rapport f (x)/g(x) 0/0 quan x a (fini), on peut remplacer chacune elles par un équivalent asymptotique (on parle aussi e partie principale). En particulier, si f (x) a p (x a) p (on it alors que f est un infiniment petit orre p) et g(x) b q (x a) q, f (x) g(x) a p (x a) p q x a + b q x a + 0 si p > q, a p /b q si p = q, sgn(a p /b q ) 5 si p < q. De même, si x + et que f (x) a p x p (on it alors que f est un infiniment gran orre p) et g(x) b q x q, sgn(a f (x) a p /b q ) si p > q, p x p q a p /b q si p = q, g(x) x + b q x + 0 si p < q. Exemple 43 Trouver la ite e (x sin x)/(x tan x) quan x 0. En utilisant les éveloppements ités (cf. IV.g), on calcule x sin x x 3 /3!, x tan x x 3 /3, onc le rapport ten vers /. Exercice Calculer e même la ite e ( x + ln x)/( cos( x)) quan x. Finalement, es formes inéterminées e la forme 0, /,, etc., peuvent se ramener au cas 0/0 par passage à l inverse, exponentiation, etc. Ainsi, si f 0 et g, le prouit f g a une forme inéterminée 0 mais f /(/g) est e la forme 0/0. De même, si f, g, f g = exp(ln f /(/g)) et l argument e l exponentielle est à nouveau e la forme 0/0. Exemple 44 Calculons x 0 (( + x) /x ). Cette ite est e la forme. On a ( + x) /x = exp(ln( + x)/x). Comme x 0 (ln( + x)/x) = et que exp x est une fonction continue, on a x 0 (( + x) /x ) = e. Exemple 45 Calculons x 0 ( x ln(+x) ). Cette ite est e la forme 0 0. On a x ln(+x) = exp(ln( + x) ln x ). Quan x 0, ln( + x) x et x ln x 0, onc x 0 ( x ln(+x) ) =. IV.f. IV.f.. Fonctions élémentaires Fonctions trigonométriques L interprétation géométrique e cos θ et sin θ est onnée sur la figure I.. Le rapport tan θ = sin θ/cos θ (anciennement noté tg θ) représente la pente e la roite (OM). On utilise parfois cot θ = /tan θ. 5. La fonction sgn («signe» e x) est éfinie sur R, C ou R e la manière suivante : sgn 0 = 0 ; sgn x = x/ x si x Cont (onc sgn x = + si x R + et sgn x = si x R ) ; sgn(+ ) = + et sgn( ) =. 46

Les ientités trigonométriques écoulent toutes e sin( a) = sin a, cos( a) = cos a, sin a + cos a =, sin(π/ a) = cos a, cos(a b) = cos a cos b + sin a sin b, ont l interprétation géométrique oit être claire (la ernière, par exemple, est obtenue en calculant le prouit scalaire e eux vecteurs unitaires faisant respectivement un angle a et un angle b avec l axe es abscisses). À partir e ces ientités, on peut retrouver les ientités e l appenice IV.. IV.f.. Fonctions trigonométriques réciproques Dans un intervalle où elles sont monotones, on peut «inverser» les fonctions sin x, cos x et tan x. On éfinit la fonction arcsin x comme la fonction réciproque e sin x ans l intervalle [ π/, π/] : arcsin x est éfinie pour x [, ] ; elle y est croissante et pren ses valeurs ans [ π/, π/] : x 0 arcsin x π 0 La solution générale e x = sin y est y = arcsin x + k π ou y = π arcsin x + k π, où k est un entier arbitraire. De même, arccos x est éfinie pour x [, ] ; elle y est écroissante et pren ses valeurs ans [0, π] : x 0 π arccos x π 0 La solution générale e x = cos y est y = ±arccos x + k π. On a arcsin x + arccos x = π/, ce que l on peut éuire soit e l inversion e x = cos y = sin(π/ y), soit u calcul e la érivée e arcsin x + arccos x. Enfin, la fonction arctan x est éfinie pour tout x R ; elle est croissante et pren ses valeurs ans ] π/, π/[ : x 0 + arctan x π La solution générale e x = tan y est y = arctan x + k π. Les érivées es fonctions trigonométriques réciproques sont IV.f.3. (arcsin x) = x, (arccos x) = Fonctions exponentielles et logarithmes 0 π π x, (arctan x) = + x. Il s agit e e x, ou plus généralement a x pour a > 0. Leur propriété caractéristique est (3a) (3b) (3c) (3) (3e) a x a y = a x+y (4) (et onc aussi (a x ) y = a x y ). La fonction réciproque e a x est le logarithme e base a, log a x. La fonction log e x est notée ln x. Pour (x, y) R R +, on a On a en outre et y = e x x = ln y, y = a x x = log a y, a x = e x ln a log a x = ln x ln a. (5a) (5b) (5c) (5) e i x = cos x + i sin x. (6) 47

IV.f.4. Fonctions hyperboliques Les cosinus, sinus et tangente hyperboliques, notés ch x ou cosh x, sh x ou sinh x, et th x ou tanh x, sont éfinis e la manière suivante : ch x = ex + e x Ces fonctions obéissent aux relations, sh x = ex e x, th x = sh x ch x. (7) ch( x) = ch x, sh( x) = sh x, ch x sh x =, (ch x) = sh x et (sh x) = ch x. (8) Les fonctions hyperboliques sont reliées aux fonctions trigonométriques par ch(i x) = cos x et sh(i x) = i sin x. (9) Les propriétés e symétrie et le comportement à l infini es fonctions hyperboliques sont illustrées sur la figure IV.3. 0 0 8 6 4 5-3 - - 3 0.5-3 - - 3-5 -0.5-3 - - 3-0 - on a Figure IV.3. Graphes es fonctions hyperboliques ch x, sh x et th x. Les fonctions réciproques e sh x, ch x et th x sont respectivement argsh x, argch x et argth x. Comme x = sh(argsh x) = eargsh x e argsh x = y x y = 0, avec y = e argsh x, argsh x = ln(x + x + ). On obtient e même que argch x = ln(x + x ) et argth x = ( ) + x ln. x On a IV.g. (argsh x) = x +, (argch x) = x, (argth x) = Développements ités et asymptotiques x. Un éveloppement ité orre p une fonction f au voisinage e 0 est un éveloppement ans lequel les termes successifs sont es infiniment petits orre entier croissant : où l on rappelle que le ernier terme signifie que f (x) = c 0 + c x + c x + + c p x p + o(x p ), (30) f (x) (c 0 + c x + c x + + c p x p ) x 0 x p = 0 (on trouve aussi ans les livres la notation ε(x p )). Plus généralement, un éveloppement ité e f au voisinage un point a est un éveloppement e la forme IV.g.. f (x) = c 0 + c (x a) + c (x a) + + c p (x a) p + o((x a) p ). (3) Développements e Taylor Une façon pratique e construire e tels éveloppements ités est utiliser la formule e Taylor. Celle-ci est une généralisation une propriété connue es fonctions continues et érivables sur un intervalle [a, b] : on peut écrire, pour x [a, b], f (x) f (a) = (x a) f (a) + o(x a) (et on it que f (a) + (x a) f (a) est la meilleure approximation affine e f (x)). Le théorème suivant généralise ceci : 48

Théorème 55 (Taylor-Young) Si la fonction f (x) est e classe C n sur [a, b] et si f (n) (a) existe en a, on peut, pour tout x [a, b], écrire le éveloppement e Taylor-Young f (x) = f (a) + (x a) f (a) + + (x a)n n! f (n) (a) + o((x a) n ). (3) Preuve (ébauche) La formule e Taylor-Young se émontre par récurrence, en l appliquant à l orre n à la fonction f et en intégrant le éveloppement ité obtenu, ce qu on montre être légitime. Il existe une autre formule e Taylor (Taylor-Lagrange) qui onne une autre forme u reste : Théorème 56 (Taylor-Lagrange) Si la fonction f (x) est e classe C n sur [a, b] et si f (n+) existe ans ]a, b[, pour tout x [a, b], il existe ξ(x) ]a, x[ tel que f (x) = f (a) + (x a) f (a) + + (x a)n n! f (n) (a) + (x a)n+ (n + )! f (n+) (ξ). (33) En pratique, la formule e Taylor-Lagrange avec son reste explicite est utile pour trouver es majorations ou minorations une fonction (si on connaît le signe u reste). La formule (3) est utile pour fournir es éveloppements ités. IV.g.. Développements ités en 0 e fonctions classiques Les fonctions classiques qu on va consiérer sont inéfiniment érivables en 0 ; on éuit onc aisément e la formule e Taylor les éveloppements suivants en 0 : Exercice e x = + x + x! + + xn n! + o(xn ) ; (34a) sin x = x x3 3! + x5 5! + + ( )n x n+ ( n + )! + o(x n+ ) ; (34b) cos x = x! + x4 4! + + ( )n x n ( n)! + o(x n ) ; (34c) tan x = x + x3 3 + o(x3 ) ; (34) ( + x) α α (α ) = + α x + x α (α ) (α n + ) + + x n + o(x n ) ;! n! (34e) ln( + x) = x x + x3 xn + + ( )n 3 n + o(xn ). Calculer en particulier les éveloppements e + x et e ( x). Ce ernier est particulièment simple et pouvait être eviné a priori. Pourquoi? IV.g.3. Opérations sur les éveloppements ités On peut effectuer es opérations aition, e multiplication et e ivision, e composition et intégration e éveloppements ités, à conition effectuer ces éveloppements à es orres cohérents avec l orre ésiré pour le résultat final. Ces manipulations sont usage très courant pour le physicien! Exemple 46 Calculons le éveloppement e tan x à l orre 3 en 0. On écrit (34f) sin x = x x3 6 + o(x3 ), (35a) cos x = x + o(x ), (35b) 49

qu on inverse en utilisant le éveloppement e /( u), avec u = x / o(x ), où sin x cos x = x ( ) ( ) x3 /6 + o(x 3 ) x / + o(x ) = x x 6 + o(x ) + x + o(x ) ( ) = x + x 3 + o(x ) = x + x3 3 + o(x3 ). IV.g.4. Développements ités en a 0 ou asymptotiques à l infini On peut obtenir le éveloppement ité une fonction f au voisinage un point a 0 grâce à la formule e Taylor (3), mais au prix u calcul es érivées successives en a e la fonction f. Pour les fonctions usuelles, un changement e variable permet souvent se ramener aux éveloppements connus au voisinage e 0. Exemple 47 Développons sin x au voisinage e a. Posons u = x a. On a sin x = sin(a + (x a)) = sin a cos u + cos a sin u et on utilise les éveloppements vus précéemment e sin u et cos u au voisinage e 0. Exemple 48 Calculons e même un éveloppement ité e ln x au voisinage e a > 0. On a ln x = ln(a + x a) = ln(a [ + (x a)/a]) = ln a + ln( + u) avec u = (x a)/a. Il suffit onc utiliser le éveloppement e ln( + u) au voisinage e 0. On peut aussi calculer es éveloppements asymptotiques quan x ± : on se ramène au cas un éveloppement ité en 0 par un changement e variable tel que x u = /x. Exemple 49 Calculons le éveloppement asymptotique 6 e ( + x ) / quan x. On a ( + x ) / = x ( + x ) / = x ( + u) / avec u = x. Il suffit onc e connaître le éveloppement ité e ( + u) / au voisinage e 0. Annexe IV.. Ientités trigonométriques Elles écoulent toutes e cinq ientités fonamentales : sin( x) = sin x, cos( x) = cos x, (36a) (36b) sin x + cos x =, (36c) ( ) π cos x = sin x, (36) cos(x y) = cos x cos y + sin x sin y. Par exemple, (36c) implique pour tan x = sin x/cos x et cot x = /tan x que IV..a. et Décalage e l argument + tan x = sin x + cos x cos x + cot x = sin x + cos x sin x Les propriétés fonamentales e périoicité sont sin(x + π) = sin x, cos(x + π) = cos x, tan(x + π) = tan x. = cos x = sin x. (36e) (37a) (37b) (38a) (38b) (38c) 6. Il ne s agit pas un éveloppement ité car on n obtient pas un polynôme. 50

On a également et ( sin x + π ( cos x + π ( tan x ± π ( sin(x + π) = cos x + π ) = sin x, (39a) ( cos(x + π) = sin x + π ) = cos x (39b) ) ( ) π = sin ( x) = cos( x) = cos x, (40a) ) ( ) π = cos ( x) = sin( x) = sin x, (40b) ) = cot x. (40c) IV..b. Formules aition Inversement, cos(x + y) = cos x cos y sin x sin y. (4a) ( ) π sin(x + y) = cos x y = sin x cos y + cos x sin y. (4b) tan(x + y) = sin x cos y + cos x sin y cos x cos y sin x sin y = tan x + tan y tan x tan y. (4c) cos x cos y = sin x sin y = ( cos(x + y) + cos(x y) ), (4a) ( cos(x y) cos(x + y) ), (4b) ou encore IV..c. Formules e oublement sin x cos y = ( ) sin(x + y) + sin(x y), (4c) ( ) ( ) a + b a b cos a + cos b = cos cos, etc. (43) cos( x) = cos x sin x = cos x = sin x = sin( x) = sin x cos x = tan x cos x = tan( x) = Noter que cos x, sin x et tan x sont es fractions rationnelles e tan(x/). + tan x = tan x + tan x. (44a) tan x + tan x. (44b) tan x tan x. (44c) 5

Annexe IV.. Dérivées es fonctions élémentaires x xα = α x α. x ex = e x. x ax = ln a a x. x ln x = x. sin x = cos x. x (45e) cos x = sin x. x (45f) x tan x = + tan x. x arcsin x =. x x arccos x = x. (45a) (45b) (45c) (45) (45g) (45h) (45i) x arctan x = + x. (45j) sh x = ch x. x (45k) ch x = sh x. x (45l) x th x = th x. (45m) 5