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Programme de mathématiques MP, MPI

Calcul différentiel et optimisation

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268 exercices
Texte officiel du programme

En première année, l’étudiant a rencontré les dérivées partielles d’une fonction numérique définie sur un ouvert de $\mathbb{R}^2$.

Les objectifs de cette section sont les suivants :

  • généraliser et approfondir cette étude, en présentant les notions fondamentales de calcul différentiel dans le cadre des espaces vectoriels normés de dimension finie sur $\mathbb{R}$ ;
  • donner une introduction à la thématique de l’optimisation, en lien avec le théorème des bornes atteintes du cours de topologie.

On souligne le caractère géométrique des notions. En particulier, on exploite la possibilité de se ramener, pour un certain nombre de questions, à des fonctions d’une variable réelle, à travers l’utilisation de la formule donnant la dérivée d’une fonction le long d’un arc et la notion de vecteur tangent à une partie en un point.

Les fonctions considérées dans cette section sont définies sur un ouvert d’un $\mathbb{R}$-espace vectoriel normé $E$ de dimension finie et à valeurs dans un $\mathbb{R}$-espace vectoriel normé $F$ de dimension finie.

Le choix d’une base de l’espace d’arrivée permet de se ramener au cas des fonctions à valeurs réelles.

L3 Analyse de données Apprentissage automatique solution

Ajuster une droite en pénalisant sa pente

On veut ajuster le modèle \(\widehat y=ax+b\) aux deux observations \((0,0)\) et ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Calcul différentiel

Cet exercice traite des notions de dérivées partielles, continuité et différentiabilité.

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Composition de fonctions

Soient \(f\) et \(g\) deux fonctions d’une variable, de classe ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Continuité, dérivées partielles et non-différentiabilité en l'origine

On donne \(f : \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}\) définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Continuité, dérivées partielles, classe $C^1$ et différentiabilité

On considère la fonction \(f:\mathbb{R}^2\to\mathbb{R}\) définie par ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Différentiabilité

Soit \(f \colon \R^2 \to \R\) définie par : ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Différentiabilité

Soit \(f: \R^2 \to \R,\ (x,y) \mapsto \sqrt[5]{2x^3+y^2}\). On note ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Différentiabilité

Soit la fonction \(f \colon \R^2 \to \R\) définie par : \(\)f(x,y) = {

...
L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Différentiabilité d'une fonction de deux variables

On donne \(f : \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}\) définie par : ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Différentiabilité en un point

On considère la fonction \(f:\mathbb{R}^2\to\mathbb{R}\) définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Dérivée partielle via la règle de dérivation composée

Soit \(f\) une fonction de classe \(\mathcal{C}^1\) sur ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Dérivées partielles et règle des chaînes

On considère une boîte dont la longueur \(\ell\), la largeur \(w\) et la hauteur ...

L3 Analyse de données Réseaux de neurones solution

Effet du taux d'apprentissage sur la descente de gradient

On se place dans la situation suivante : \(w = 3\), gradient \(= 4\).

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Etude d'extrema

Soit \(K = \{(x,y)\in \R^2 \mid x^2+y^2 \leq 16\}\). Pour tout \((x,y) \in K\), o ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Etude d'extrema

On étudie la fonction de deux variables \[f \colon (x,y) \mapsto x\ln(y)-y\ln(x)\]

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

Etude d'une fonction

Soit la fonction \(f\) définie sur \(\mathcal{D} \subset \R^2\) par ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Etude de points critiques

Soit la fonction \(f\) de deux variables \(x\) et ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Etude de points critiques et d'ue ligne de niveau

Une usine produit deux types de matériaux, notés \(A\) et \(B\). Si, en une semai ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Etude de points critiques et d'une ligne de niveau

On pose \[f(x,y)= x\hskip 2pt (x+1)^2 - y^2\]

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 1285

Étudier la fonction : \[h:x\rightarrow \int_{x}^{x^{2}}\frac{dt}{\log t}.\] Domaine de définition, continuité et ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1799

Soit ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 1800

Soit la fonction \(f \colon \R^{2} \longrightarrow \R\) définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 1801

Soit \(f : \R \rightarrow \R\) dérivable. Calculer les dérivées partielles de : ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1802

Soit ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1804

Soit \(a\in {\Rr}^{2}\) fixé ; l’application ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1806

Montrer qu’une norme \(N\) sur \({\Rr}^{2}\) ne peut avoir des dérivées partielle ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1808

Calculer la dérivée de la fonction \(F(x,y)=e^{x^2+y^2}\) au point \(P(1,0)\) sui ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1809

Etudier la continuité, ainsi que l’existence et la continuité des dérivées partielles premières, des fonctions suivantes :

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1810

On définit la fonction ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1811

Soit \(f:\rbrack 0,1\lbrack \times \rbrack 0,1\lbrack \to \R\), ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1812

Soit \(f:\R^2 \to \R\), ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1813

Soit \(f:\R^2 \to \R\), ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1814

Etudier la différentiabilité et la continuité des dérivées partielles de la fonction \(f:\R^2 \to \R\), ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1815

Etudier la différentiabilité en \((0,0)\) des fonctions définies par

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1819

Calculer la dérivée de la fonction \(F(x,y)=x^2-xy-2y^2\) au point \(P(1,2)\) dan ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1820

Calculer les différentielles des fonctions suivantes en un point arbitraire du domaine de définition :

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1821

Calculer \(df\, (1,1)\), si \(f(x,y)=\frac{x}{y^2}\).

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1822

Calculer la dérivée de la fonction \(F(x,y,z)=\ln \left( e^x+e^y+e^z\right)\) à l’origine dans une direction form ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1823

Soit \(f\) la fonction définie sur \(\R^2\) par ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1825

Pour chacune des fonctions suivantes etudiez la nature du point critique donné :

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1826

Trouvez les points critiques des fonctions suivantes et déterminez si ce sont des minima locaux, des maxima locaux ou des points selle.

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1827

Soit \(f:\R^2\rightarrow \R\) la fonction définie par \(f(x,y)=x^3-3x(1+y^2)\). ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1828

Trouver le point du plan \((2x-y + z = 16)\) le plus proche de l’origine.

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1829

Déterminer les extremums de \(f (x, y) = xy (1-x^{2}-y{2})\) sur \([0, 1]^{2}\). ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1830

Soit \(f (x, y) = x^{2} + xy + y^{2}-3x-6y\). Montrer que \(f\) admet au plus un ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1831

Déterminer un triangle d’aire maximale inscrit dans un cercle donné.

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1832

Soit \(f (x, y) = (x^{2}-y) (3x^{2}-y)\).

Montrer que \(f\) admet un minim ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1833

Soit \({f}: {\Rr^{2}} \to {\Rr}\), \({ (x, y)}\mapsto {xe^{y} + ye^{x}}\).
...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1834

Déterminer les extrémums de \(f:(x,y,z)\rightarrow x^{2}+y^{2}+z^{2}+2xyz.\)

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1836

Si \(f\) est concave sur un ouvert convexe \(U\subset {\Rr}^{2}\) et si : ...