Dérivées partielles - partie II

Chapitre 1

Composée (partie I)
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Recall (Règle de composée pour fonctions à une variable)

Proposition

Composée partie I: exemple
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Example

Si et , trouvez lorsque .

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Example

The pressure P (in kilopascals), volume V (in liters), and temperature T (in kelvins) of a mole of an ideal gas are related by the equation . Find the rate at which the pressure is changing when the temperature is 300 K and increasing at a rate of 0.1 K/s and the volume is 100 L and increasing at a rate of 0.2 L/s.

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Composée: deuxième cas
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Proposition

Example

Si et , trouvez les dérivées partielles de en fonction de .

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Exemples
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Example

Si , où , , et , trouvez la valeur de quand .

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Exemple: composée
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Example

Si et est différentiable, montrez que g satisfait l'équation

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Composée: dérivée seconde
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Example

Si a des dérivées partielles secondes continues et et , trouvez et .

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Dérivées directionnelles
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Definition

Remark

Les dérivées partielles sont des cas particuliers de dérivées directionnelles.

Dérivées directionnelles: animation
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Dérivées directionnelles en fonction des partielles
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De manière surprenante, les dérivées directionnelles peuvent souvent être calculées en fonction des dérivées partielles

Theorem

Si a des dérivées partielles continues autour de , alors si

Note à moi-même: preuve

Example

Calculez la dérivée directionnelle de

dans la direction du vecteur unitaire d'angle lorsque

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Gradient
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Definition

Le théorème précédent devient

Gradient: interprétation
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Gradient: Exemple
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Example

Calculez si

Example

Calculez si

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Taux d'accroissement maximal
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Example

  • Si trouvez le taux d'accroissement de au point dans la direction de à
  • Dans quelle direction le taux est-il maximum? Quelle est la valeur?

Example

Supposons que la température a un point est donnée par

Dans quelle direction la température croît-elle le plus vite à ? Quel est le taux d'accroissement maximal?

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Plan tangent et gradient aux surfaces de niveau
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Le gradient est perpendiculaire aux courbes/surfaces de niveau, puisque

En particulier, cela permet de trouver le plan tangent puisqu'on connaît un vecteur normal

Example

Trouvez les équations de la tangente et de la normale au point à l'ellipsoïde

Exercises
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Maximum et minimum locaux
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Definition (Maximum local)

La fonction a un maximum local en si

autour de .

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Théorème de Fermat
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Theorem (Théorème de Fermat)

Si est définie autour d'un minimum ou maximum local , alors

Théorème de Fermat: exemple
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Example

Trouvez le minimum de la fonction

grâce au Théorème de Fermat et vérifiez que c'est un minimum en complétant le carré.

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Théorème de Fermat: deuxième exemple
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Example

Trouvez les extrema de

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Critère de la dérivée seconde
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Recall

Si est définie et dérivable deux fois autour de et

alors atteint un minimum local en .

Theorem

Si est définie et les dérivées partielles secondes sont continues autour de et que

alors atteint un minimum local en .

Test de la dérivée seconde
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Proposition

Les conditions suivantes sont équivalentes:

  • Pour chaque
  • et

Remark

Critère de la dérivée seconde
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Theorem

Supposons que les dérivées secondes de soient continues autour d'un point critique

  • Si , n'est ni un max local, ni un min local
  • Si et , est un minimum local
  • Si et , est un maximum local

Classification de points critiques: exemple
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Example

Trouvez les extrema locaux et les points de selle de

  1. Calcul des points critiques
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  2. Classification avec la dérivée seconde
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Classification des points critiques: exemple
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Example

Trouvez et classifiez les points critiques de la fonction

  1. Calcul des points critiques
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  2. Classification avec la dérivée seconde
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Application: plus courte distance
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Example

Trouvez la distance la plus courte entre le point au plan

  1. Calcul des points critiques
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  2. Classification avec la dérivée seconde
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  3. Calcul de la valeur maximale:
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Application: optimisation
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Example

Une boîte rectangulaire sans couvercle est faite à partir de 12 de carton. Trouvez le volume maximal d'une telle boîte.

  1. Calcul des points critiques
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  2. Calcul de la valeur maximale
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Optimisation avec bords
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Example

Trouvez la valeur maximale et minimale de

  1. Trouvons les points critiques
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  2. Optimisons sur les bords
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  3. Comparer les valeurs

Optimisation
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Sélection: 44, 45, 53, 55