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Dérivées trigonométriques

Dérivée de sin²x : formule, démonstration et exemples

La dérivée de sin²x est 2 sin x cos x, soit sin 2x. Démonstration par la dérivation en chaîne, vérification par la formule de duplication et exemples.

Dérivées trigonométriques Mis à jour Lecture : 2 min

En bref

\frac{d}{dx}\,\sin^2 x = 2\sin x\cos x = \sin 2x
Dérivée
2\sin x\cos x
Forme simplifiée
\sin 2x
Forme composée
\dfrac{d}{dx}\sin^2 u = 2\sin u\cos u\cdot u'
À ne pas confondre avec
\sin(x^2), dont la dérivée est 2x\cos(x^2)
Intégrale de sin²x
\int\sin^2 x\,dx = \frac{x}{2} - \frac{\sin 2x}{4} + C
Sur cette page
  1. Courbe de sin²x et de sa dérivée
  2. Démonstration par la règle de dérivation en chaîne
  3. Vérification par la formule de duplication
  4. Vérification par la règle du produit
  5. Variantes composées
  6. Exemples corrigés
  7. Pourquoi la réponse est de période π
  8. Erreurs fréquentes

La dérivée de \sin^2 x est 2\sin x\cos x, que la formule de duplication raccourcit en \sin 2x.

\frac{d}{dx}\,\sin^2 x = 2\sin x\cos x = \sin 2x

Courbe de sin²x et de sa dérivée

Courbe de y = sin²x et de sa dérivée y = sin 2x
\sin^2 x oscille entre 0 et 1 avec une période \pi. Sa pente vaut 0 à chaque sommet et à chaque contact avec l'axe, c'est-à-dire là où \sin 2x = 0.

Démonstration par la règle de dérivation en chaîne

La notation \sin^2 x signifie (\sin x)^2. À l'extérieur, le carré ; à l'intérieur, \sin x. La règle de dérivation en chaîne donne

\frac{d}{dx}(\sin x)^2 = 2\sin x\cdot\frac{d}{dx}\sin x = 2\sin x\cos x

La formule de duplication \sin 2x = 2\sin x\cos x permet de l'écrire \sin 2x.

Vérification par la formule de duplication

On réécrit d'abord avec \sin^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2} :

\frac{d}{dx}\left(\frac{1}{2} - \frac{1}{2}\cos 2x\right) = -\frac{1}{2}\cdot(-2\sin 2x) = \sin 2x

Même réponse, sans dériver de carré. Cette formule de linéarisation sert aussi à l'intégrer, voir l'intégrale de sin²x.

Vérification par la règle du produit

Écrivons \sin^2 x = \sin x\cdot\sin x et utilisons la règle du produit : \cos x\sin x + \sin x\cos x = 2\sin x\cos x.

Variantes composées

\frac{d}{dx}\sin^2 u = 2\sin u\cos u\cdot u' = \sin(2u)\cdot u'
Fonction Dérivée Forme simplifiée
\sin^2(3x) 6\sin 3x\cos 3x 3\sin 6x
\sin^2(x^2) 4x\sin(x^2)\cos(x^2) 2x\sin(2x^2)
\sin^2\left(\frac{x}{2}\right) \sin\frac{x}{2}\cos\frac{x}{2} \frac{1}{2}\sin x

Exemples corrigés

Exemple 1 : une puissance plus élevée. \frac{d}{dx}\sin^3 x = 3\sin^2 x\cos x.

Exemple 2 : une valeur. En x = \frac{\pi}{4}, la pente vaut \sin\frac{\pi}{2} = 1. C'est le point où \sin^2 x est la plus raide.

Exemple 3 : pente maximale. La dérivée \sin 2x vaut au plus 1, donc \sin^2 x ne monte jamais avec une pente supérieure à 1, la même vitesse maximale que \sin x.

Exemple 4 : dérivée seconde. \frac{d}{dx}\sin 2x = 2\cos 2x, donc \sin^2 x est convexe là où \cos 2x > 0, par exemple sur \left(-\frac{\pi}{4}, \frac{\pi}{4}\right).

Pourquoi la réponse est de période π

La fonction \sin^2 x n'est jamais négative, donc sa courbe se répète tous les \pi au lieu de tous les 2\pi. La dérivée \sin 2x est elle aussi de période \pi, ce qui est une bonne vérification de cohérence : une fonction et sa dérivée doivent se répéter ensemble. Si votre réponse était de période 2\pi, comme 2\cos x, il y a une erreur. Comparer les périodes permet de repérer une faute sans refaire tout le calcul.

Erreurs fréquentes

  1. Répondre \cos^2 x. Élever la dérivée au carré, ce n'est pas la règle de dérivation en chaîne.
  2. Répondre 2\cos x. La dérivée du carré donne 2\sin x, puis on multiplie par \cos x.
  3. Confondre \sin^2 x et \sin(x^2). Voir la dérivée de sin(x²) : 2x\cos(x^2).

La version avec le cosinus est sur la page dérivée de cos²x, et le résultat \sin 2x a sa propre page dérivée de sin 2x.

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Questions fréquentes

Quelle est la dérivée de sin²x ?

C'est 2\sin x\cos x, ce qui revient à \sin 2x.

Quelle est la dérivée de sin²(3x) ?

En appliquant deux fois la règle de dérivation en chaîne, 2\sin(3x)\cdot\cos(3x)\cdot 3 = 6\sin(3x)\cos(3x) = 3\sin(6x).

La dérivée de sin²x est-elle 2 cos x ?

Non. Cela oublie la règle de dérivation en chaîne. Le carré donne 2\sin x, puis on multiplie par la dérivée de \sin x, qui est \cos x.

Pourquoi la somme des dérivées de sin²x et cos²x est-elle nulle ?

Parce que \sin^2 x + \cos^2 x = 1, une constante. En effet, \sin 2x + (-\sin 2x) = 0.

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