Patch Sommeil Mességué / Dérivées Partielles Exercices Corrigés

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Thursday, 29 August 2024
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Dérivées partielles, Dérivées suivant un vecteur Enoncé Justifier l'existence des dérivées partielles des fonctions suivantes, et les calculer. $f(x, y)=e^x\cos y. $ $f(x, y)=(x^2+y^2)\cos(xy). $ $f(x, y)=\sqrt{1+x^2y^2}. $ Enoncé Soit $f:\mathbb R^2\to \mathbb R$ une fonction de classe $C^1$. On définit $g:\mathbb R\to\mathbb R$ par $g(t)=f(2+2t, t^2)$. Démontrer que $g$ est $C^1$ et calculer $g'(t)$ en fonction des dérivées partielles de $f$. On définit $h:\mathbb R^2\to\mathbb R$ par $h(u, v)=f(uv, u^2+v^2)$. Démontrer que $h$ est $C^1$ et exprimer les dérivées partielles $\frac{\partial h}{\partial u}$ et $\frac{\partial h}{\partial v}$ en fonction des dérivées partielles $\frac{\partial f}{\partial x}$ et $\frac{\partial f}{\partial y}$. Enoncé Soit $f$ une application de classe $C^1$ sur $\mtr^2$. Calculer les dérivées (éventuellement partielles) des fonctions suivantes: $g(x, y)=f(y, x)$. $g(x)=f(x, x)$. $g(x, y)=f(y, f(x, x))$. $g(x)=f(x, f(x, x))$. Enoncé On définit $f:\mathbb R^2\backslash\{(0, 0)\}\to\mathbb R$ par $$f(x, y)=\frac{x^2}{(x^2+y^2)^{3/4}}.

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\end{array}\right. $$ $f$ est-elle continue en $(0, 0)$? $f$ admet-elle des dérivées partielles en $(0, 0)$? $f$ est-elle différentiable en $(0, 0)$? Enoncé Soit $f:\mtr^2\to\mtr$ définie par: $$\begin{array}{rcl} (x, y)&\mapsto&xy\frac{x^2-y^2}{x^2+y^2}\textrm{ si $(x, y)\neq (0, 0)$}\\ (0, 0)&\mapsto&0. \end{array}$$ $f$ est-elle continue sur $\mtr^2$? $f$ est-elle de classe $C^1$ sur $\mtr^2$? $f$ est-elle différentiable sur $\mtr^2$? Enoncé Démontrer que, pour tous $(x, y)$ réels, alors $|xy|\leq x^2-xy+y^2$. Soit $f$ la fonction de $\mtr^2$ dans $\mtr$ définie par $f(0, 0)=0$ et $f(x, y)=(x^py^q)/(x^2-xy+y^2)$ si $(x, y)\neq (0, 0)$, où $p$ et $q$ sont des entiers naturels non nuls. Pour quelles valeurs de $p$ et $q$ cette fonction est-elle continue? Montrer que si $p+q=2$, alors $f$ n'est pas différentiable. On suppose que $p+q=3$, et que $f$ est différentiable en $(0, 0)$. Justifier qu'alors il existe deux constantes $a$ et $b$ telles que $f(x, y)=ax+by+o(\|(x, y)\|)$. En étudiant les applications partielles $x\mapsto f(x, 0)$ et $y\mapsto f(0, y)$, justifier que $a=b=0$.

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$ Intégrer cette équation pour en déduire l'expression de $f$. En déduire les solutions de l'équation initiale. Enoncé On souhaite déterminer les fonctions $f:\mathbb R^2\to\mathbb R$, de classe $C^1$, et vérifiant: $$\forall (x, y, t)\in\mathbb R^3, \ f(x+t, y+t)=f(x, y). $$ Démontrer que, pour tout $(x, y)\in\mathbb R^2$, $$\frac{\partial f}{\partial x}(x, y)+\frac{\partial f}{\partial y}(x, y)=0. $$ On pose $u=x+y$, $v=x-y$ et $F(u, v)=f(x, y)$. Démontrer que $\frac{\partial F}{\partial u}=0$. Conclure. Enoncé Chercher toutes les fonctions $f$ de classe $C^1$ sur $\mathbb R^2$ vérifiant $$\frac{\partial f}{\partial x}-3\frac{\partial f}{\partial y}=0. $$ Enoncé Soit $c\neq 0$. Chercher les solutions de classe $C^2$ de l'équation aux dérivées partielles suivantes $$c^2\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}=\frac{\partial^2 f}{\partial t^2}, $$ à l'aide d'un changement de variables de la forme $u=x+at$, $v=x+bt$. Enoncé Une fonction $f:U\to\mathbb R$ de classe $C^2$, définie sur un ouvert $U$ de $\mathbb R^2$, est dite harmonique si son laplacien est nul, ie si $$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 f}{\partial y^2}=0.

Conclure, à l'aide de $x\mapsto f(x, x)$, que $f$ n'est pas différentiable en $(0, 0)$. Différentielle ailleurs... Enoncé Soit $f:\mathbb R^n\to\mathbb R^n$ une application différentiable. Calculer la différentielle de $u:x\mapsto \langle f(x), f(x)\rangle$. Enoncé Soit $f:\mathcal M_n(\mathbb R)\to\mathcal M_n(\mathbb R)$ définie par $f(M)=M^2$. Justifer que $f$ est de classe $\mathcal C^1$ et déterminer la différentielle de $f$ en tout $M\in\mathcal M_n(\mathbb R)$. Enoncé Soit $\phi:GL_n(\mathbb R)\to GL_n(\mathbb R), M\mapsto M^{-1}$. Démontrer que $\phi$ est différentiable en $I_n$ et calculer sa différentielle en ce point. Même question en $M\in GL_n(\mathbb R)$ quelconque. Enoncé Soit $n\geq 2$. Démontrer que l'application déterminant est de classe $C^\infty$ sur $\mathcal M_n(\mathbb R)$. Soit $1\leq i, j\leq n$ et $f(t)=\det(I_n+tE_{i, j})$. Que vaut $f$? En déduire la valeur de $\frac{\partial \det}{\partial E_{i, j}}(I_n)$. En déduire l'expression de la différentielle de $\det$ en $I_n$.