Notions sur les différentielles/Notation différentielle

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Notation différentielle
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Leçon : Notions sur les différentielles


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Notions sur les différentielles/Notation différentielle
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Différentielle d'une fonction à une seule variable

Connaissant une certaine fonction f dépendant d'une seule variable, on définit une nouvelle fonction ε :

\epsilon (u)=\frac{f(x+u)-f(x)}{u}-f'(x)

Donc en prenant la limite de cette expression lorsque u tend vers 0, on obtient :

\lim_{u \to 0} \epsilon(u) =0

D'autre part, on a aussi :

f(x+u)-f(x) = f'(x)\, u + \epsilon(u)\, u

Ainsi lorsque u tend vers 0, le terme de droite de cette équation tend lui-même vers 0 car ε a une valeur proche de 0. À la limite, il reste donc :

f(x+u)-f(x) = f'(x)\, u

Pour simplifier cette écriture, on introduit la notion de différentielle. Pour cela, il faut remarquer que u est une toute petite variation de x. On note alors dx = u la différentielle de x. De même, f(x + u) − f(x) est une toute petite variation de f. On note alors df = f(x + u) − f(x) la différentielle de f. On obtient une relation entre ces différentielles :

 df = f'(x)\, dx

Mais attention, la démonstration n'est valable que lorsque dx tend vers 0 : il faut toujours garder à l'esprit que df et dx sont des grandeurs infinitésimales.

Différentielle d'une fonction à plusieurs variables

Si la fonction f dépend de plusieurs variables x, y, et z, le même raisonnement peut être appliqué, et on obtient une équation faisant intervenir les dérivées partielles : df= \frac{\partial f}{\partial x} dx + \frac{\partial f}{\partial y} dy + \frac{\partial f}{\partial z} dz