Arc-en-ciel et dérivée


Je m’intéressais à la mathématique de l’arc-en-ciel (peut-être pour un prochain livre pour l’Année mondiale de l’Astronomie 2009 ?) et j’avais besoin de la dérivée de Arcsin (arcsinus, l’inverse de sinus, si y=sinx, alors x=arcsiny). Eh oui, cela paraît incroyable, mais on a besoin de cela si on veut approfondir le phénomène de l’arc-en ciel ! L’arc-en-ciel, c’est un mirage qu’on observe dans un rideau de pluie ou d’humidité, quand on tourne le dos au soleil, sur une certaine incidence des rayons solaires i qui minimise une fonction f(i) sous contrainte sini=nsinr (loi de réfraction de Descartes, n= 4/3 indice de l’eau)… Et, tout d’un coup, un trou, je n’arrive pas à me rappeler la formule pour la dérivée de l’inverse d’une fonction f. Autrement dit, je connais la dérivée de la fonction sinus, comment obtiens-je la dérivée de la fonction Arcsin? 

Je me souviens de (f × g)’, mais pas de (f–1)’


C’est alors que je me rappelle que la dérivée est un opérateur de composition, puisqu’il exprime, en physique, des mouvements infinitésimaux qui peuvent être eux aussi composés:

d f[g(x)] / dx = d f(y)/ dy  × dy/dx, où l’on pose y = g(x) 

d f[g(x)] / dx = f'(y)  × g'(x)

d (f o g) = g’ × (f’ o g), où o est la fonction composée


Voilà la formule que je cherchais ; à partir de ce moment-là c’est plus facile ; on peut aussi en déduire (f–1)’ mais ce n’est pas nécessaire. J’écris la formule avec g = Arcsin et f = sin :
f o g = Id (Id est la fonction Id(x)=x)
En dérivant et en appliquant la formule:
1 = d(Id) = d (f o g) = Arcsin’ × sin ‘ (Arcsin x) = Arcsin’
× cos (Arcsin x)
Donc la dérivée de Arcsin est Arcsin'(x) = 1/
cos (Arcsin x) 

Je suis bien avancé, me direz-vous, mais cos (Arcsinx) est un nombre qui possède une propriété :

cos² (Arcsinx) + sin² (Arcsinx) = 1
cos²(Arcsinx) = 1 – x²
(Arcsinx)’ = 1/√(1-x²)


J’aurais pu retrouver cette dérivée facilement sur Internet, mais je me suis dit que les mathématiques, c’était beau, notamment à partir de la physique de l’arc-en-ciel ! Pour la beauté de cette formule, j’ai continué pour retrouver la dérivée la plus simple, celle de l’exponentielle (qui est sa propre dérivée) g = exp , f = Log :

1 = exp’ × Log ‘ (exp)
Or Log’ (y) = 1/y, donc exp’ = 1/(1/exp) = exp.
CQSMCQFD
(ce qu’on savait mais ce qu’il fallait démontrer)

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