Dérivée de cos²x : formule, démonstration et exemples
La dérivée de cos²x est -2 sin x cos x, soit -sin 2x. Démonstration par la dérivation en chaîne, vérification par une identité et exemples comme cos²(4x).
Dérivées trigonométriques Mis à jour Lecture : 2 min
En bref
- Dérivée
- -2\sin x\cos x
- Forme simplifiée
- -\sin 2x
- Forme composée
- \dfrac{d}{dx}\cos^2 u = -2\cos u\sin u\cdot u'
- À ne pas confondre avec
- \cos(x^2), dont la dérivée est -2x\sin(x^2)
- Intégrale de cos²x
- \int\cos^2 x\,dx = \frac{x}{2} + \frac{\sin 2x}{4} + C
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La dérivée de \cos^2 x est -2\sin x\cos x, ce qui revient à -\sin 2x.
Courbe de cos²x et de sa dérivée
Démonstration par la règle de dérivation en chaîne
\cos^2 x signifie (\cos x)^2. La fonction extérieure est le carré et la fonction intérieure est \cos x. Avec la règle de dérivation en chaîne et la dérivée de cos x :
Comme 2\sin x\cos x = \sin 2x, on obtient -\sin 2x.
Vérification par une formule de linéarisation
On utilise \cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2} :
Vérification avec sin²x
Comme \cos^2 x = 1 - \sin^2 x, sa dérivée doit être 0 - \sin 2x, l'opposé de la dérivée de sin²x. Les deux courbes sont symétriques par rapport à la droite y = \frac{1}{2}, donc leurs pentes sont toujours opposées.
Variantes composées
| Fonction | Dérivée | Forme simplifiée |
|---|---|---|
| \cos^2(4x) | -8\cos 4x\sin 4x | -4\sin 8x |
| \cos^2(x^2) | -4x\cos(x^2)\sin(x^2) | -2x\sin(2x^2) |
| \cos^2(\pi x) | -2\pi\cos(\pi x)\sin(\pi x) | -\pi\sin(2\pi x) |
Exemples corrigés
Exemple 1 : une valeur. En x = \frac{\pi}{6}, la pente vaut -\sin\frac{\pi}{3} = -\frac{\sqrt{3}}{2} \approx -0.866.
Exemple 2 : une puissance plus élevée. \frac{d}{dx}\cos^3 x = 3\cos^2 x\cdot(-\sin x) = -3\cos^2 x\sin x.
Exemple 3 : un produit. \frac{d}{dx}\left(x\cos^2 x\right) = \cos^2 x - x\sin 2x.
Exemple 4 : où la pente est-elle nulle ? -\sin 2x = 0 quand x = \frac{k\pi}{2}. Aux multiples pairs de \frac{\pi}{2}, \cos^2 x = 1 (sommets). Aux multiples impairs, \cos^2 x = 0 (creux).
Où la rencontrer
La fonction \cos^2 x apparaît en physique et en ingénierie dès qu'on élève au carré une onde en cosinus. La puissance d'un courant alternatif est proportionnelle à \cos^2(\omega t), et l'intensité d'une lumière polarisée traversant un filtre suit \cos^2\theta (loi de Malus). Dans chaque cas, la dérivée indique à quelle vitesse cette grandeur varie. Comme la réponse se simplifie en -\sin 2x, le taux de variation est lui-même une onde simple, deux fois plus rapide que le cosinus de départ. Écrire la réponse sous cette forme courte permet aussi de trouver plus facilement où la pente est nulle, positive ou négative.
Erreurs fréquentes
- Perdre le signe moins. C'est la dérivée intérieure -\sin x qui le porte.
- Répondre 2\cos x ou -\sin^2 x. Aucune de ces réponses n'applique correctement la règle de dérivation en chaîne.
- Confondre \cos^2 x et \cos(x^2). \frac{d}{dx}\cos(x^2) = -2x\sin(x^2).
L'intégrale de \cos^2 x utilise la même identité, voir l'intégrale de cos²x.
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