practicecalculus
Fonctions trigonométriques

Fonction sinus sin(x) : courbe, dérivée, primitive et propriétés

La fonction sinus sin(x) : courbe, domaine, période, valeurs remarquables, dérivée cos(x), primitive et erreurs fréquentes à éviter.

Fonctions trigonométriques Mis à jour Lecture : 4 min

En bref

f(x) = \sin x
Domaine de définition
(-\infty, \infty)
Ensemble image
[-1, 1]
Dérivée
\cos x
Primitive
-\cos x + C
Période
2\pi
Symétrie
Impaire : \sin(-x) = -\sin x
Sur cette page
  1. Définition de sin x
  2. Courbe de y = sin x
  3. Valeurs remarquables du sinus
  4. Propriétés de la fonction sinus
  5. Dérivée de sin x
  6. Primitive de sin x
  7. Exemples corrigés
  8. Erreurs fréquentes
  9. Liens du sinus avec d'autres notions

La fonction sinus prend un angle x, mesuré en radians, et renvoie l'ordonnée y du point du cercle trigonométrique associé à cet angle. Elle produit l'onde lisse et périodique qui décrit le son, la lumière, les marées et tout ce qui oscille, et c'est l'une des deux briques de base (avec le cosinus) de toutes les autres fonctions trigonométriques.

Définition de sin x

Partez du point (1, 0) du cercle trigonométrique et parcourez une distance x dans le sens direct (dans le sens indirect si x est négatif). Vous arrivez au point (\cos x, \sin x). Ainsi

\sin x = \text{la coordonnée } y\text{ du point d'angle } x.

Autrement dit, le sinus est l'ordonnée du point associé à cet angle. Dans un triangle rectangle, on retrouve le rapport bien connu \sin\theta = \frac{\text{opposé}}{\text{hypoténuse}} (côté opposé sur hypoténuse), mais la définition par le cercle trigonométrique fonctionne pour tout réel, y compris les angles négatifs et les angles supérieurs à 2\pi.

Courbe de y = sin x

Courbe de y = sin x de −2π à 2π
La sinusoïde s'annule en chaque multiple de \pi, atteint son maximum 1 et son minimum -1. Elle se répète tous les 2\pi.

La courbe passe par l'origine, monte jusqu'à son maximum en x = \frac{\pi}{2}, revient à zéro en x = \pi, atteint son minimum en x = \frac{3\pi}{2} et termine un cycle complet en x = 2\pi.

Valeurs remarquables du sinus

x 0 \frac{\pi}{6} \frac{\pi}{4} \frac{\pi}{3} \frac{\pi}{2} \pi \frac{3\pi}{2} 2\pi
\sin x 0 \frac{1}{2} \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{\sqrt{3}}{2} 1 0 -1 0

Propriétés de la fonction sinus

  • Domaine de définition et ensemble image. Tous les réels sont permis, et le résultat est toujours dans [-1, 1].
  • Période. \sin(x + 2\pi) = \sin x. Plus généralement, A\sin(bx) a pour amplitude |A| et pour période \frac{2\pi}{|b|}.
  • Zéros. \sin x = 0 exactement lorsque x = k\pi avec k entier.
  • Imparité. \sin(-x) = -\sin x, donc la courbe est symétrique par rapport à l'origine.
  • Relation fondamentale. \sin^2 x + \cos^2 x = 1 pour tout x.
  • Relation de décalage. \sin x = \cos\left(x - \frac{\pi}{2}\right) : la sinusoïde est la courbe du cosinus décalée de \frac{\pi}{2} vers la droite.

Dérivée de sin x

\frac{d}{dx}\sin x = \cos x

On peut le lire sur la courbe : le sinus est le plus pentu (pente 1) en x = 0, où \cos 0 = 1, et horizontal à son sommet x = \frac{\pi}{2}, où \cos\frac{\pi}{2} = 0. La démonstration utilise la limite \lim_{h \to 0}\frac{\sin h}{h} = 1, c'est pourquoi les radians sont indispensables. En dérivant à nouveau, on obtient \frac{d^2}{dx^2}\sin x = -\sin x, et les dérivées successives parcourent le cycle \sin, \cos, -\sin, -\cos toutes les quatre étapes.

Avec la règle de dérivation en chaîne, \frac{d}{dx}\sin(u) = \cos(u)\cdot u'.

Primitive de sin x

\int \sin x\,dx = -\cos x + C

On vérifie en dérivant : \frac{d}{dx}(-\cos x) = -(-\sin x) = \sin x. Sur une arche, l'aire vaut \int_0^{\pi}\sin x\,dx = -\cos\pi + \cos 0 = 2, et sur une période complète l'aire algébrique vaut \int_0^{2\pi}\sin x\,dx = 0.

Exemples corrigés

Exemple 1 : règle de dérivation en chaîne. Dériver f(x) = \sin(x^2). La fonction intérieure est x^2, de dérivée 2x, donc f'(x) = 2x\cos(x^2).

Exemple 2 : règle du produit. Dériver g(x) = x\sin x. Par la règle du produit, g'(x) = \sin x + x\cos x.

Exemple 3 : changement de variable. Calculer \int \sin(5x)\,dx. On pose u = 5x, donc du = 5\,dx :

\int \sin(5x)\,dx = \frac{1}{5}\int \sin u\,du = -\frac{1}{5}\cos(5x) + C

Exemple 4 : une limite célèbre. \lim_{x \to 0}\frac{\sin(3x)}{x} = 3\lim_{x\to 0}\frac{\sin(3x)}{3x} = 3 \cdot 1 = 3.

Erreurs fréquentes

  1. Mauvais signe dans la primitive. \int\sin x\,dx vaut -\cos x + C, et non \cos x + C. La dérivée n'a pas de signe moins ; la primitive en a un.
  2. Travailler en degrés. \frac{d}{dx}\sin x = \cos x est faux si x est en degrés. Réglez votre calculatrice en radians.
  3. Traiter \sin comme une multiplication. \sin(2x) \ne 2\sin x et \sin(a + b) \ne \sin a + \sin b.
  4. Confondre \sin^{-1}x avec \frac{1}{\sin x}. \sin^{-1}x désigne la fonction réciproque arc sinus, tandis que \frac{1}{\sin x} est la cosécante.

Liens du sinus avec d'autres notions

Le sinus et le cosinus définissent le reste de la famille : la tangente vaut \frac{\sin x}{\cos x}, et la sécante, la cosécante et la cotangente sont des inverses. Sa réciproque sur \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right] est l'arc sinus. En Analyse 2, le sinus intervient dans le changement de variable trigonométrique et possède la série de Taylor \sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots. Pour savoir dériver toutes les fonctions trigonométriques, lisez le guide sur les dérivées des fonctions trigonométriques.

Entraîne-toi maintenant

Sinus, cosinus et tangente

Résous de vrais problèmes sur ce thème avec une correction immédiate, des indices et une solution pas à pas pour chaque réponse. Gratuit, sans inscription pour commencer.

S'entraîner sur cette leçon

Questions fréquentes

Quelle est la dérivée de sin x ?

La dérivée de \sin x est \cos x. Avec la règle de dérivation en chaîne, \frac{d}{dx}\sin(u) = \cos(u)\,u', donc par exemple \frac{d}{dx}\sin(3x) = 3\cos(3x).

Quelle est la primitive de sin x ?

Une primitive de \sin x est -\cos x + C. Le signe moins vient du fait que la dérivée de \cos x est -\sin x.

Quelle est la période de sin x ?

La période est 2\pi, donc \sin(x + 2\pi) = \sin x pour tout x. La fonction \sin(bx) a pour période \frac{2\pi}{|b|}.

Pourquoi x doit-il être en radians pour dériver le sinus ?

La limite fondamentale \lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{x} = 1 n'est vraie qu'en radians. En degrés, la dérivée du sinus comporterait un facteur supplémentaire \frac{\pi}{180}.

Le sinus est-il une fonction paire ou impaire ?

Le sinus est impair : \sin(-x) = -\sin x. Sa courbe est symétrique par rapport à l'origine.

Rédigé par l'équipe PracticeCalculus

Nous créons des leçons d'analyse interactives et rédigeons chaque page pour qu'elle soit claire et juste. Tu as repéré une erreur ? Dis-le-nous et nous la corrigerons.