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Fonctions trigonométriques

Sécante, cosécante et cotangente : courbes, dérivées, primitives

Les fonctions trigonométriques sec x, csc x et cot x : définitions, courbes, asymptotes, leurs trois dérivées et primitives, avec des exemples corrigés.

Fonctions trigonométriques Mis à jour Lecture : 4 min

En bref

\sec x = \frac{1}{\cos x}, \quad \csc x = \frac{1}{\sin x}, \quad \cot x = \frac{\cos x}{\sin x}
Domaine de sec x
x \ne \frac{\pi}{2} + k\pi
Ensemble image de sec x
(-\infty, -1] \cup [1, \infty)
Dérivée
\sec x \tan x
Primitive
\ln\lvert\sec x + \tan x\rvert + C
Périodes
\sec et \csc : 2\pi ; \cot : \pi
Sur cette page
  1. Définitions
  2. Courbes de la sécante et de la cosécante
  3. Dérivées de sec, csc et cot
  4. Primitives de sec, csc et cot
  5. Exemples corrigés
  6. Erreurs fréquentes
  7. Où vous les utiliserez

Les fonctions sécante, cosécante et cotangente sont les inverses des fonctions trigonométriques de base : \sec x = \frac{1}{\cos x}, \csc x = \frac{1}{\sin x} et \cot x = \frac{1}{\tan x}. En France, on les note aussi cosec et cotan. Elles apparaissent sans cesse dans les formules de dérivées et de primitives : même si vous les tracez rarement, vous devez connaître leurs propriétés en analyse.

Définitions

\sec x = \frac{1}{\cos x}, \qquad \csc x = \frac{1}{\sin x}, \qquad \cot x = \frac{\cos x}{\sin x} = \frac{1}{\tan x}

Un moyen mnémotechnique pour les associer : chaque fonction et sa partenaire ont exactement un « co » entre elles. La sécante va avec le cosinus, la cosécante va avec le sinus.

Fonction Inverse de Non définie en Période Ensemble image
\sec x \cos x x = \frac{\pi}{2} + k\pi 2\pi \lvert y\rvert \ge 1
\csc x \sin x x = k\pi 2\pi \lvert y\rvert \ge 1
\cot x \tan x x = k\pi \pi tous les réels

Courbes de la sécante et de la cosécante

Courbe de y = sec x comparée à y = cos x
Là où \cos x = \pm 1, \sec x la touche. Là où \cos x \to 0, \sec x s'envole vers une asymptote.

La sécante n'est jamais strictement comprise entre -1 et 1 : diviser 1 par un nombre de [-1, 1] donne toujours un résultat de valeur absolue au moins 1. La courbe de la cosécante a la même forme, décalée de \frac{\pi}{2} vers la droite, avec des asymptotes aux multiples de \pi.

Courbe de y = cot x avec ses asymptotes x = 0 et x = π
La cotangente descend de \infty à -\infty sur chaque intervalle (k\pi, (k+1)\pi) et s'annule en x = \frac{\pi}{2}.

Dérivées de sec, csc et cot

Fonction Dérivée
\sec x \sec x\tan x
\csc x -\csc x\cot x
\cot x -\csc^2 x

Pourquoi (\sec x)' = \sec x\tan x. On écrit \sec x = (\cos x)^{-1} et on applique la règle de dérivation en chaîne :

\frac{d}{dx}(\cos x)^{-1} = -(\cos x)^{-2}\cdot(-\sin x) = \frac{1}{\cos x}\cdot\frac{\sin x}{\cos x} = \sec x\tan x

Les mêmes étapes avec \sin x donnent (\csc x)' = -\csc x\cot x, et la règle du quotient appliquée à \frac{\cos x}{\sin x} donne (\cot x)' = \frac{-\sin^2 x - \cos^2 x}{\sin^2 x} = -\csc^2 x.

Primitives de sec, csc et cot

Fonction Primitive
\sec x \ln\lvert\sec x + \tan x\rvert + C
\csc x -\ln\lvert\csc x + \cot x\rvert + C
\cot x \ln\lvert\sin x\rvert + C
\sec^2 x \tan x + C
\csc^2 x -\cot x + C
\sec x\tan x \sec x + C
\csc x\cot x -\csc x + C

La primitive de la sécante. On multiplie le numérateur et le dénominateur par \sec x + \tan x :

\int \sec x\,dx = \int \frac{\sec^2 x + \sec x\tan x}{\sec x + \tan x}\,dx

Le numérateur est exactement la dérivée du dénominateur, donc avec u = \sec x + \tan x l'intégrale vaut \int\frac{du}{u} = \ln|\sec x + \tan x| + C.

La primitive de la cotangente. Avec u = \sin x, \int\frac{\cos x}{\sin x}\,dx = \int\frac{du}{u} = \ln|\sin x| + C.

Exemples corrigés

Exemple 1. Dériver f(x) = \sec(2x). Par la règle de dérivation en chaîne, f'(x) = 2\sec(2x)\tan(2x).

Exemple 2. Dériver g(x) = x\cot x. Par la règle du produit, g'(x) = \cot x - x\csc^2 x.

Exemple 3. Calculer \int_0^{\pi/3}\sec x\tan x\,dx. Une primitive est \sec x, donc le résultat est \sec\frac{\pi}{3} - \sec 0 = 2 - 1 = 1.

Exemple 4. Calculer \int \csc^2(5x)\,dx. Avec u = 5x, on obtient -\frac{1}{5}\cot(5x) + C.

Erreurs fréquentes

  1. Confondre inverse et réciproque. \sec x = \frac{1}{\cos x}, mais \cos^{-1}x désigne l'arc cosinus.
  2. Associer la sécante au sinus. La sécante est l'inverse du cosinus, et la cosécante l'inverse du sinus.
  3. Perdre les signes moins. Les dérivées de \csc x et de \cot x sont toutes deux négatives.
  4. Croire que \int\sec x\,dx = \sec x\tan x. C'est la dérivée, pas la primitive.

Où vous les utiliserez

Les identités 1 + \tan^2 x = \sec^2 x et 1 + \cot^2 x = \csc^2 x sont au cœur du changement de variable trigonométrique, où \sqrt{1 + x^2} devient \sec\theta. La sécante apparaît aussi dans la dérivée de la tangente, (\tan x)' = \sec^2 x. Pour un récapitulatif des six dérivées trigonométriques, voir les dérivées des fonctions trigonométriques.

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Questions fréquentes

Quelle est la dérivée de sec x ?

La dérivée de \sec x est \sec x\tan x. On écrit \sec x = (\cos x)^{-1} et on applique la règle de dérivation en chaîne : -(\cos x)^{-2}(-\sin x) = \frac{1}{\cos x}\cdot\frac{\sin x}{\cos x}.

Quelle est la primitive de sec x ?

On a \int \sec x\,dx = \ln|\sec x + \tan x| + C. L'astuce classique consiste à multiplier par \frac{\sec x + \tan x}{\sec x + \tan x} : le numérateur devient alors la dérivée du dénominateur.

Quelles sont les dérivées de csc x et cot x ?

La dérivée de \csc x est -\csc x\cot x et la dérivée de \cot x est -\csc^2 x. Les deux portent un signe moins, comme toutes les dérivées des fonctions en « co ».

La sécante est-elle la réciproque du cosinus ?

Non. \sec x = \frac{1}{\cos x} est l'inverse du cosinus. La fonction réciproque du cosinus est \arccos x, parfois notée \cos^{-1}x, qui est une fonction différente.

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