Franchement hors de tout programme... Les réciproques des fonctions sinus, cosinus et tangente n'ont pas à être abordées au lycée. C'est pour cela que nous allons les traiter ! Qu'y voulez-vous ? On ne se refait pas...

 

Les fonctions trigonométriques sont loin d'être des bijections. En effet, elles ont tendances à se répéter périodiquement. Néanmoins et pour peu qu'on les restreigne, elles peuvent acquérir cette qualité. Dans ce contexte, la perspective d'une réciproque devient possible.

Au sommaire :

Arc sinus Arc cosinus Arc tangente

 

Arc sinus : réciproque de la fonction sinus.

Qui dit réciproque, dit bijection. Or, la fonction sinus est tout sauf cela !

Il n'y a qu'à voir la courbe !
Comment peut-on être bijective avec une courbe pareille ?
Par contre, si la fonction sinus est restreinte à l'intervalle
 [-
p/2 ; p/2] alors elle le devient.

Restreinte, la fonction sinus est une bijection de l'intervalle [-p/2 ; p/2] sur [-1 ; 1].
On peut donc lui trouver une fonction réciproque : on l'appelle Arc sinus.

Arcsin : [-1 ; 1] [-p/2 ; p/2]

La courbe de cette fonction s'obtient par symétrie par rapport à la première bissectrice du plan : la droite d'équation y = x.

Intéressons-nous à la dérivabilité de la fonction arc sinus.

Dérivabilité et dérivée de Arc sinus.
Etant donné :
  • que la fonction sinus est dérivable sur tout l'intervalle 
    [-
    p/2 ; p/2].
  • que sa dérivée, la fonction cosinus est non nulle sur l'intervalle 
    ]-
    p/2 ; p/2[.

alors la fonction arc sinus est dérivable sur ]-1 ; 1[.
Nous allons pouvoir calculer sa dérivée en utilisant la formule adéquate.

Comme la dérivée de la fonction sinus est cosinus alors :

Et là, on est bloqué ! 
En fait, ce qu'il faudrait, ce serait pouvoir transformer le cosinus en quelque chose de plus "sinus".
Or lorsque a fait partie de l'intervalle [-
p/2 ; p/2], on montre que :

Autrement dit, et compte tenu que la fonction arc sinus abouti dans l'intervalle 
[-
p/2 ; p/2], on peut écrire que :

 
Conclusion : la fonction Arc sinus est dérivable sur ]-1 ; 1[ (elle n'est donc pas dérivable en x =-1 et x = 1).
De plus, pour tout x Î ]-1 ; 1[ :

 

Arc cosinus : réciproque de la fonction cosinus.
Comme sa consoeur sinus, la fonction co sinus n' est pas une bijection.
La courbe de cette dernière le montre amplement...
Par contre, si la fonction co sinus est restreinte à l'intervalle [0 ; p] alors elle le devient.

Restreinte, la fonction co sinus est une bijection de l'intervalle [0 ;
p] sur [-1 ; 1].
On peut donc lui trouver une fonction réciproque : on l'appelle Arc co sinus.

Arc cos : [-1 ; 1] [0 ; p]

La courbe de cette fonction s'obtient par symétrie par rapport à la première bissectrice du plan : la droite d'équation y = x.

Intéressons-nous à la dérivabilité de cette nouvelle fonction.

Dérivabilité et dérivée de Arc cosinus.
Vu :
  • que la fonction cosinus est dérivable sur tout l'intervalle [0 ; p].
  • que sa l'opposée de sa dérivée, la fonction sinus (qui est presque la dérivée de cette première) est non nulle sur l'intervalle ]0 ; p[.

alors la fonction arc cosinus est dérivable sur ]-1 ; 1[.
A présent que nous savons que nous pouvons le faire, nous allons calculer cette dérivée. Toujours en utilisant la formule adéquate.

Comme (cos)'(x) = -sin(x) alors :

 
Conclusion : la fonction Arc cosinus est dérivable sur ]-1 ; 1[ (elle n'est donc pas dérivable en x =-1 et x = 1).
De plus, pour tout x Î ]-1 ; 1[ : 

 

Arc tangente : réciproque de la fonction tangente.
Comme ses deux prédécesseurs, la fonction tangente n'est pas une bijection.
Au vu de sa courbe, on comprend qu'elle a tendance à se répéter...
Par contre, on restreint la tangente à l'intervalle
]-
p/2 ; p/2[  alors les choses changent...

Elle devient une bijection de l'intervalle 
]-
p/2 ; p/2[ sur ]-¥ ; +¥[.
On peut donc lui trouver une fonction réciproque : on l'appelle Arc tangente.

Arctan : ]-¥ ; +¥[ ]-p/2 ; p/2[

La courbe de cette fonction s'obtient par symétrie par rapport à la première bissectrice du plan : la droite d'équation y = x.

Intéressons-nous à la dérivabilité de cette nouvelle fonction.

Dérivabilité et dérivée de Arc tangente.
Vu :
  • que la fonction tangente est dérivable sur tout l'intervalle 
    ]-p/2 ; p/2[.
  • que sa dérivée 1 + [tan(x)]2 est toujours strictement positive sur 
    ]-¥ ; +¥[.

alors la fonction arc tangente est dérivable sur ]-¥ ; +¥[.
Il ne reste plus qu'à calculer cette dérivée en utilisant la formule adéquate qui va bien !

Comme (tan)'(x) = 1 + [tan(x)]2  alors :

 
Conclusion : la fonction Arc tangente est dérivable sur ]-¥ ; +¥[. De plus, pour tout réel x :


Cette page ainsi que la quasi-totalité des éléments et de la programmation qui la composent ou qui en dépendent, ont été conçus et réalisés par Jérôme ONILLON. Elle est exclusivement mise en ligne par la taverne de l'Irlandais.
(c) Mai 2000/Janvier 2003. Tous droits réservés.