Outils mathématiques pour la physique (PCSI)/Fonction de plusieurs variables indépendantes

**Fonction de plusieurs variables indépendantes**
Leçon : Outils mathématiques pour la physique (PCSI)

Chapitre n^o 6
Chap. préc. :	Théorème de Fourier
Chap. suiv. :	Produit scalaire, produit vectoriel et produit mixte

En raison de limitations techniques, la typographie souhaitable du titre, « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) : Fonction de plusieurs variables indépendantes
Outils mathématiques pour la physique (PCSI)/Fonction de plusieurs variables indépendantes », n'a pu être restituée correctement ci-dessus.

Pour simplifier l'exposé nous nous placerons dans le cas de deux variables indépendantes, la « généralisation à plus de deux s'imaginant aisément »^[1].

Définition d'une fonction scalaire à deux variables indépendantes

Définition

Soient deux variables

\;(x,\,y)\;

réelles indépendantes, on définit une fonction scalaire de ces deux variables selon «

\;(x,\,y)\;{\overset {f}{\rightarrow }}\;f(x,\,y)\in \mathbb {R} ,\;\forall \;(x,\,y)\in \mathbb {R} ^{2}\;

» ; si on fixe une des variables, alors on obtient une fonction scalaire d'une variable et on peut lui appliquer toutes les propriétés d'une fonction scalaire d'une variable^[2] ; par exemple si on fixe

\;y\;

à la valeur

\;y_{0}\;

on obtient la fonction scalaire

\;f_{y_{0}}\;

de la variable

\;x\;

suivante «

\;x\;{\overset {f_{y_{0}}}{\rightarrow }}\;f(x,\,y_{0})\in \mathbb {R} ,\;\forall \;x\in \mathbb {R} \;

».

Graphe d'une fonction scalaire de deux variables indépendantes en fonction de ces dernières

Représentation du graphe d'une fonction scalaire de deux variables indépendantes dans un repère à trois dimensions

Le plus facile à concevoir $\;{\big (}$ mais non le plus pratique ${\big )}\;$ consiste à représenter le graphe dans un repère à trois dimensions $\;(O,\,{\overrightarrow {x'x}},\,{\overrightarrow {y'y}},\,{\overrightarrow {z'z}})$ , les axes $\;({\overrightarrow {x'x}},\,{\overrightarrow {y'y}})\;$ permettant de préciser les valeurs des deux variables indépendantes $\;(x,\,y)\;$ et l'axe $\;({\overrightarrow {z'z}})\;$ la valeur de $\;f(x,\,y)\;$ correspondante ; le graphe de la fonction dans ce repère est alors la surface d'équation « $\;z=f(x,\,y)\;$ »^[3] ;

     exemples : pour les différents points d'un terrain on peut définir l'altitude par la fonction « $\;(x,\,y)\;{\overset {f}{\rightarrow }}\;{\text{altitude}}=f(x,\,y)\;$ » mais aussi
     exemples : pour les différents points d'un terrain on peut définir la composition surfacique en lombrics par « $\;(x,\,y)\;{\overset {g}{\rightarrow }}\;{\text{nbre de lombrics}}\!\cdot \!m^{-2}=g(x,\,y)\;$ »^[4] ou
     exemples : pour les différents points d'un terrain on peut définir d'autres grandeurs encore $\ldots$

Représentation du graphe d'une fonction scalaire de deux variables indépendantes à l'aide de courbes de niveaux dans un repère à deux dimensions

Dans l'exemple de l'altitude, il existe une façon plus pratique utilisant un repère à deux dimensions $\;(O,\,{\overrightarrow {x'x}},\,{\overrightarrow {y'y}})\;$ consistant à tracer, sur ce repère, les courbes de niveaux $\;-\;$ par exemple la courbe de niveau $\;z_{0}\;$ est la courbe joignant les points $\;(x,\,y)\;$ dont l'image par $\;f\;$ est $\;z_{0}$ $\;-\;$ on trace alors les courbes de niveaux pour les niveaux « $\;z_{0}\pm n\,\Delta z,\;\;n\in \mathbb {N} ^{*}\;$ »^[5], si les courbes sont très resserrées cela signifie que l'altitude varie très rapidement alors que si elles sont très écartées l'altitude varie très lentement ;

on peut bien sûr étendre cela à n'importe quelle fonction de deux variables indépendantes en traçant dans un repère à deux dimensions les courbes de niveaux c'est-à-dire les courbes joignant les points $\;(x,\,y)\;$ dont l'image par $\;f\;$ est de valeur constante^[6].

Graphe d'une fonction scalaire de plus de deux variables indépendantes

Pour fixer le propos, considérons une fonction scalaire à trois variables indépendantes « $\;(x,\,y,\,z)\;{\overset {f}{\rightarrow }}\;f(x,\,y,\,z)\in \mathbb {R} ,\;\forall \;(x,\,y,\,z)\in \mathbb {R} ^{3}\;$ » ; par exemple la température ou la pression en chaque point de l'espace ;

il est impossible de généraliser la 1^ère représentation car ceci nécessiterait de définir un repère à quatre dimensions ce que notre cerveau est incapable de représenter ;

par contre la généralisation de la 2^ème représentation nécessitant de définir un repère à trois dimensions et des niveaux associés à des valeurs de $\;f(x,\,y,\,z)\;$ constante, est possible $\;-\;$ même si cela reste peu pratique $\;-\;$ on obtiendrait alors des « surfaces de niveaux » $\;-\;$ par exemple dans le cas de la température en chaque point de l'espace, la surface isotherme $\;0\,{\text{°C}}\;$ ^[7] ;

les surfaces de niveaux restant d'utilisation peu pratique, on peut peaufiner leur connaissance en représentant diverses coupes par un plan

\;\parallel \;

à

\;xOz\;

ou par un plan

\;\parallel \;

à

\;yOz\;

ou encore par un plan

\;\parallel \;

à

\;xOy

, l'avantage étant que ces coupes donnant des courbes dans un repère à deux dimensions sont facilement transportables.

Dérivées partielles relativement à chaque variable d'une fonction scalaire de deux variables indépendantes

Soient deux variables $\;(x,\,y)\;$ réelles indépendantes, et la fonction scalaire $\;f\;$ de ces deux variables

«

\;(x,\,y)\;{\overset {f}{\rightarrow }}\;f(x,\,y)\in \mathbb {R} ,\;\forall \;(x,\,y)\in \mathbb {R} ^{2}\;

»

dont on veut étudier la variation en fonction de chaque variable en définissant des dérivées adéquates.

Définition des dérivées partielles

Si on fige une des variables ${\big (}$ par exemple $\;y{\big )}$ , la fonction devient $\;-\;$ pendant la durée du maintien constant de la variable $\;-\;$ fonction d'une seule variable ${\big (}$ sur l'exemple, fonction de $\;x{\big )}\;$ notée $\;f_{y}(x)\;$ et sachant définir la dérivée d'une fonction d'une variable ${\big (}$ sur l'exemple, de la variable $\;x{\big )}$ , on obtient la variation de $\;f\;$ relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé par : $\;{\dfrac {df_{y}}{dx}}(x)\;$ que l'on notera « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}(x,\,y)\;$ »^[8], appelée « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé, calculée au point $\;(x,\,y)\;$ »^[9] ;

si on fige l'autre variable ${\big (}$ donc la variable $\;x{\big )}$ , la fonction devient $\;-\;$ pendant la durée du maintien constant de la variable $\;-\;$ fonction de la seule variable $\;y\;$ notée $\;f_{x}(y)\;$ et sachant définir la dérivée d'une fonction de la variable $\;y$ , on obtient la variation de $\;f\;$ relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé par : $\;{\dfrac {df_{x}}{dy}}(y)\;$ que l'on notera « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}(x,\,y)\;$ »^[10], appelée « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé, calculée au point $\;(x,\,y)\;$ »^[11].

Exemple de calcul de dérivées partielles

Calculer les dérivées partielles 1^ères de la fonction $\;f\;$ définie par « $\;f(x,\,y)=x\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ » :

dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport $\;y\;$ à $\;x\;$ figé : « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}(x,\,y)=x\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\,2\,y=2\,x\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ »^[12],
dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport $\;x\;$ à $\;y\;$ figé : « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}(x,\,y)=\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+x\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\,2\,x\;$ »^[13] qui se réécrit selon « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}(x,\,y)=\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+2\,x^{2}\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ ».

Vérification du théorème de Schwarz sur un exemple

Le théorème de Schwarz^[14]^,^[15] énonce : « lors du calcul d'une dérivée partielle 2^nde croisée, on peut effectuer les dérivations successives dans n'importe quel ordre » c'est-à-dire

«

\;\left[{\dfrac {\partial }{\partial y}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\right]_{\!x}\!(x,\,y)=\left[{\dfrac {\partial }{\partial x}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\right]_{\!y}\!(x,\,y)\;

».

     Vérification sur l'exemple du paragraphe précédent : $\;f(x,\,y)=x\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ : $\bullet \;$ dérivée partielle de $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}(x,\,y)=2\,x\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ par rapport $\;x\;$ à $\;y\;$ figé :
     Vérification sur l'exemple du paragraphe précédent : $\;\color {transparent}{f(x,\,y)=x\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)}\;$ : $\color {transparent}{\bullet }\;$ « $\;\left[{\dfrac {\partial }{\partial x}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\right]_{\!y}\!(x,\,y)=2\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)-2\,x\,y\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)2\,x\;$ »^[16], soit finalement
     Vérification sur l'exemple du paragraphe précédent : $\;\color {transparent}{f(x,\,y)=x\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)}\;$ : $\color {transparent}{\bullet }\;$ « $\;\left[{\dfrac {\partial }{\partial x}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\right]_{\!y}\!(x,\,y)=2\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)-4\,x^{2}\,y\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ »,
     Vérification sur l'exemple du paragraphe précédent : $\;\color {transparent}{f(x,\,y)=x\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)}\;$ : $\bullet \;$ dérivée partielle de $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}(x,\,y)=\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+2\,x^{2}\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ par rapport $\;y\;$ à $\;x\;$ figé :
     Vérification sur l'exemple du paragraphe précédent : $\;\color {transparent}{f(x,\,y)=x\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)}\;$ : $\color {transparent}{\bullet }\;$ « $\;\left[{\dfrac {\partial }{\partial y}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\right]_{\!x}\!(x,\,y)=2\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)-2\,x^{2}\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)2\,y\;$ »^[17], soit finalement
     Vérification sur l'exemple du paragraphe précédent : $\;\color {transparent}{f(x,\,y)=x\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)}\;$ : $\color {transparent}{\bullet }\;$ « $\;\left[{\dfrac {\partial }{\partial y}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\right]_{\!x}\!(x,\,y)=2\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)-4\,x^{2}\,y\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ » identique à la dérivée 2^nde précédente.

Conséquence : Du fait du théorème de Schwarz^[14]^,^[15] les dérivées 2^ndes croisées seront notées indifféremment « $\;{\dfrac {\partial ^{2}f}{\partial x\partial y}}\;$ » ou « $\;{\dfrac {\partial ^{2}f}{\partial y\partial x}}\;$ ».

Définition des dérivées logarithmiques partielles

     À partir de la « fonction scalaire $\;f\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ dérivable partiellement relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé $\;{\big (}$ ou relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ${\big )}\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ et
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ telle que $\;f(x_{0}\,,\,y_{0})\;$ soit $\;\neq 0\;$ »,
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on définit le « nombre dérivé logarithmique partiel de $\;f\;$ relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé $\;{\big (}$ ou relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ${\big )}\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » selon
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ « $\;{\dfrac {\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;$ » dans lequel $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})\;$ est le nombre dérivé logarithmique partiel de $\;f\;$ relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ ou
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ « $\;{\dfrac {\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;$ » dans lequel $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})\;$ est le nombre dérivé logarithmique partiel de $\;f\;$ relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)$ .

     Fonctions dérivées logarithmiques partielles d'une fonction scalaire de deux variables réelles indépendantes :
     Fonctions dérivées logarithmiques Si la fonction scalaire $\;f\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ est dérivable partiellement relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé $\;{\big \{}$ ou à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ${\big \}}\;$
     Fonctions dérivées logarithmiques Si la fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est dérivable sur un domaine $\;I_{x}\subseteq \mathbb {R} ^{2}\;$ de dérivabilité partielle relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé
   Fonctions dérivées logarithmiques Si la fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est dérivable ${\big \{}$ ou un domaine $\;I_{y}\subseteq \mathbb {R} ^{2}\;$ de dérivabilité partielle relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ${\big \}}$ ,
     Fonctions dérivées logarithmiques Si la fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est dérivable la fonction dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé
Fonctions dérivées logarithmiques Si la fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est dérivable la fonction dérivée partielle de $\;\color {transparent}{f}$ ${\big \{}$ ou par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ${\big \}}\;$ est définie par
     Fonctions dérivées logarithmiques Si la fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est dérivable « $\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in I_{x},\;\;\left(x\,,\,y\right)\;{\overset {{f'}_{\!x}}{\rightarrow }}\;{f'}_{\!x}(x\,,\,y)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}(x\,,\,y)\;$ »^[18] $\;{\bigg \{}$ ou par
     Fonctions dérivées logarithmiques Si la fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est dérivable « $\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in I_{y},\;\;\left(x\,,\,y\right)\;{\overset {{f'}_{\!y}}{\rightarrow }}\;{f'}_{\!y}(x\,,\,y)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}(x\,,\,y)\;$ »^[19] ${\bigg \}}$ ;
     Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;I_{x}\;$ ${\big \{}$ ou de $\;I_{y}{\big \}}\;$ par $\;f\;$ ne contient pas $\;0\;$ ^[20] c'est-à-dire « $\;f(I_{x})\nsupseteq \left\lbrace 0\right\rbrace \;$ » ${\big \{}$ ou $\;f(I_{y})\nsupseteq \left\lbrace 0\right\rbrace {\big \}}\;$ ^[20] ou encore
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ c'est-à-dire « si $\;f(x\,,\,y)\neq 0\;\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in I_{x}\;$ » ${\big \{}$ ou $\;f(x\,,\,y)\neq 0\;\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in I_{y}{\big \}}\;$ ^[20],
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ « les nombres dérivés logarithmiques partiels de $\;f\;$ relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)$
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ $\;{\dfrac {{f'}_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;$ ^[18] définis pour chaque couple $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I_{x}\;$ »^[20]
                                         Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ sont les « images de $\;(x_{0}\,,\,y_{0})\;$ par une fonction $\;h_{x}\;$ »^[21] définie par
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ « $\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in I_{x},\;\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{x}}{\rightarrow }}\;h_{x}(x\,,\,y)={\dfrac {\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}(x\,,\,y)}{f(x\,,\,y)}}\;$ »^[20] appelée
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ « dérivée logarithmique partielle de la fonction $\;f\;$ relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé » $\;{\big \{}$ c'est aussi la
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ « dérivée partielle relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé de la fonction composée $\;\left[\ln \,\circ \;{\big \vert }\;{\big \vert }\right]\circ f$
           Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ « dérivée partielle relativement à $\;\color {transparent}{x}\;$ à $\;\color {transparent}{y}\;$ figé de la fonction composée $=\ln \left[{\big \vert }\,f\,{\big \vert }\right]\;$ » ${\big \}}\;$ et
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ « les nombres dérivés logarithmiques partiels de $\;f\;$ relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)$
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$ $\color {transparent}{\big \{}$ ou de $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$ par $\;\color {transparent}{f}\;$ ne contient pas $\;\color {transparent}{0}\;$ $\;{\dfrac {{f'}_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;$ ^[19] définis

pour chaque couple  $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I_{y}\;$ »^[20] 
                                         Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de  $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$   $\color {transparent}{\big \{}$ ou de  $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$  par  $\;\color {transparent}{f}\;$  ne contient pas  $\;\color {transparent}{0}\;$  sont les « images de  $\;(x_{0}\,,\,y_{0})\;$  par une fonction  $\;h_{y}\;$ »^[21] définie par 
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de  $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$   $\color {transparent}{\big \{}$ ou de  $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$  par  $\;\color {transparent}{f}\;$  ne contient pas  $\;\color {transparent}{0}\;$  « $\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in I_{y},\;\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{y}}{\rightarrow }}\;h_{y}(x\,,\,y)={\dfrac {\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}(x\,,\,y)}{f(x\,,\,y)}}\;$ »^[20] appelée 
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de  $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$   $\color {transparent}{\big \{}$ ou de  $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$  par  $\;\color {transparent}{f}\;$  ne contient pas  $\;\color {transparent}{0}\;$  « dérivée logarithmique partielle de la fonction  $\;f\;$  relativement à  $\;y\;$  à  $\;x\;$  figé »  $\;{\big \{}$ c'est aussi la 
          Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de  $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$   $\color {transparent}{\big \{}$ ou de  $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$  par  $\;\color {transparent}{f}\;$  ne contient pas  $\;\color {transparent}{0}\;$  « dérivée partielle relativement à  $\;y\;$  à  $\;x\;$  figé de la fonction composée  $\;\left[\ln \,\circ \;{\big \vert }\;{\big \vert }\right]\circ f$  
           Fonctions dérivées logarithmiques partielles si l'image de  $\;\color {transparent}{I_{x}}\;$   $\color {transparent}{\big \{}$ ou de  $\;\color {transparent}{I_{y}{\big \}}}\;$  par  $\;\color {transparent}{f}\;$  ne contient pas  $\;\color {transparent}{0}\;$  « dérivée partielle relativement à  $\;\color {transparent}{x}\;$  à  $\;\color {transparent}{y}\;$  figé de la fonction composée  $=\ln \left[{\big \vert }\,f\,{\big \vert }\right]\;$ » ${\big \}}$ .

Différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes

Soient deux variables $\;(x,\,y)\;$ réelles indépendantes, et la fonction scalaire $\;f\;$ de ces deux variables

«

\;(x,\,y)\;{\overset {f}{\rightarrow }}\;f(x,\,y)\in \mathbb {R} ,\;\forall \;(x,\,y)\in \mathbb {R} ^{2}\;

»

dont on veut définir la notion de différentielle comme cela a été fait pour une fonction d'une variable à partir de la dérivée de cette fonction par rapport à la variable et de la différentielle de la variable,
dont on veut définir la notion de différentielle comme cela a été fait pour une fonction d'une variable à la différence près qu'ici il y a deux variables et deux dérivées partielles $\;\ldots$

Petite variation de la fonction des deux variables indépendantes sur un pavé de ces deux variables de petite extension

On définit la petite variation de la fonction $\;f\;$ sur le pavé $\;[x_{0},\,x_{0}+\delta x]\times [y_{0},\,y_{0}+\delta y]\;$ par

«

\;\delta f\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;f(x_{0}+\delta x,\,y_{0}+\delta y)-f(x_{0},\,y_{0})\;

» ;

par généralisation de l'approximation linéaire à une fonction de deux variables indépendantes, on établit la relation suivante :

«

\;\delta f\;{\underset {\text{lin}}{\overset {\text{approx}}{=}}}\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta x+\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y+\varepsilon (\delta x,\,\delta y)\;

»
avec «

\;{\underset {\delta x\rightarrow 0}{\lim }}{\dfrac {\varepsilon (\delta x,\,\delta y)}{\delta x}}=0\;

et

\;{\underset {\delta y\rightarrow 0}{\lim }}{\dfrac {\varepsilon (\delta x,\,\delta y)}{\delta y}}=0\;

».

Démonstration de l'applicabilité de l'approximation linéaire à la fonction f(x, y)

Transformer « $\;f(x_{0}+\delta x,\,y_{0}+\delta y)-f(x_{0},\,y_{0})\;$ » en retranchant $\;f(x_{0},\,y_{0}+\delta y)\;$ et en l'ajoutant, ainsi on obtient :

«

\;\delta f=f(x_{0}+\delta x,\,y_{0}+\delta y)-f(x_{0},\,y_{0}+\delta y)+f(x_{0},\,y_{0}+\delta y)-f(x_{0},\,y_{0})\;

» dans laquelle

la différence des deux 1^ers termes « $\;f(x_{0}+\delta x,\,y_{0}+\delta y)-f(x_{0},\,y_{0}+\delta y)\;$ » correspond à une « petite variation de $\;f\;$ à $\;y\;$ figé à la valeur $\;y_{0}+\delta y\;$ »^[22] et
celle des deux derniers « $\;f(x_{0},\,y_{0}+\delta y)-f(x_{0},\,y_{0})\;$ » correspond à une «petite variation de $\;f\;$ à $\;x\;$ figé à la valeur $\;x_{0}\;$ »^[22] d'où :

«

\;\delta f=\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0}+\delta y)\,\delta x+\varepsilon _{x}(\delta x)+\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y+\varepsilon _{y}(\delta y)\;

»^[23] ; pour terminer on applique l'approximation linéaire à la fonction du 1^er terme «

\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0}+\delta y)\;

», considérée comme fonction de

\;y\;

à

\;x\;

figé, que l'on notera «

\;g(x_{0},\,y_{0}+\delta y)\;

» pour simplifier l'exposé d'où «

\;g(x_{0},\,y_{0}+\delta y)=g(x_{0},\,y_{0})+\left({\dfrac {\partial g}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y+\varepsilon _{1}(\delta y)\;

» avec «

\;{\underset {\delta y\rightarrow 0}{\lim }}{\dfrac {\varepsilon _{1}(\delta y)}{\delta y}}=0\;

», ou en revenant à la fonction d'origine «

\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\;

», «

\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0}+\delta y)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})+\left[{\dfrac {\partial }{\partial y}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\right]_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y+\varepsilon _{1}(\delta y)\;

» avec «

\;{\underset {\delta y\rightarrow 0}{\lim }}{\dfrac {\varepsilon _{1}(\delta y)}{\delta y}}=0\;

», mais

\ldots

« comme le terme

\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0}+\delta y)\;\delta x\;

apparaissant dans

\;\delta f\;

s'obtient en multipliant

\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0}+\delta y)\;

par

\;\delta x\;

», il suffit de conserver, dans le développement du produit,

le 1^er terme « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta x\;$ »,
les deux autres « $\;\left[{\dfrac {\partial }{\partial y}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\right]_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y\,\delta x\;$ » ainsi que « $\;\varepsilon _{1}(\delta y)\,\delta x\;$ » tendant vers $\;0\;$ plus rapidement que $\;\delta x\;$ ou que $\;\delta y\;$ et se retrouvant dans « $\;\varepsilon (\delta x,\,\delta y)\;$ »^[24]

d'où le résultat que l'on se proposait de justifier $\ldots$

En physique on note «

\;\delta f\;{\underset {\textbf {lin}}{\overset {\textbf {approx}}{\simeq }}}\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta x+\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y\;

».

Définition de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes

Définition

«

\;df\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;

»

\;dx\;

et

\;dy\;

étant a priori quelconques, mais toujours choisis infiniment petits « en physique ».

Propriété de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes dans son utilisation en physique

Propriété de df en physique où dx et dy sont des infiniment petits

Dans la mesure où

\;dx\;

et

\;dy\;

sont des infiniment petits de même ordre,
«

\;df\;{\overset {\textbf {prop}}{=}}\;f(x_{0}+dx,\,y_{0}+dy)-f(x_{0},\,y_{0})\;

».

     Justification : $\;df\;$ s'identifie à $\;\delta \!f\;$ quand $\;\delta x\rightarrow 0\;$ et $\;\delta y\rightarrow 0\;$ selon l'approximation linéaire,
     Justification : or par définition $\;\delta \!f=f(x_{0}+\delta x,\,y_{0}+\delta y)-f(x_{0},\,y_{0})\;$ devient, à la limite où $\;\delta x\rightarrow 0\;$ et $\;\delta y\rightarrow 0$ ,
     Justification : or par définition $\;\color {transparent}{\delta \!f}$ $=f(x_{0}+dx,\,y_{0}+dy)-f(x_{0},\,y_{0})$ , $\;dx\;$ se substituant à $\;\delta x\;$ et $\;dy\;$ à $\;\delta y$ .

Quelques règles de calcul de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes

     Ce sont les mêmes que celles de calcul de la différentielle d'une fonction d'une variable ; $\bullet \;$ « $\;d\!\left(u+v\right)=du+dv\;$ »,
     Ce sont les mêmes que celles de calcul de la différentielle d'une fonction d'une variable ; $\bullet \;$ « $\;d\!\left(cste\right)=0\;$ »,
     Ce sont les mêmes que celles de calcul de la différentielle d'une fonction d'une variable ; $\bullet \;$ « $\;d\!\left(u\,v\right)=(du)\,v+u\,(dv)\;$ »,
     Ce sont les mêmes que celles de calcul de la différentielle d'une fonction d'une variable ; $\bullet \;$ « $\;d\!\left({\dfrac {u}{v}}\right)={\dfrac {(du)\,v-u\,(dv)}{v^{2}}}\;$ ».

Exemple de calcul de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes

Soit à calculer la différentielle de « $\;f(x,\,y)=x\,\sin \left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ » ; nous voyons deux méthodes,

l'une utilisant les règles de différenciation précédentes ainsi que la différenciation de fonctions composées,
l'autre calculant au préalable les dérivées partielles et utilisant la définition de la différentielle.

Par calcul direct utilisant les règles de différenciation précédemment introduites

     « $\;df=(dx)\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+x\,d\!\left[\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\right]\;$ » avec $\bullet \;$ « $\;d\!\left[\sin \left(x^{2}+y^{2}\right)\right]=cos\left(x^{2}+y^{2}\right)\,d\!\left[x^{2}+y^{2}\right]\;$ »,
     « $\;\color {transparent}{df=(dx)\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+x\,d\!\left[\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\right]}\;$ » avec $\bullet \;$ « $\;d\!\left[x^{2}+y^{2}\right]=d\!\left[x^{2}\right]+d\!\left[y^{2}\right]\;$ », enfin
     « $\;\color {transparent}{df=(dx)\,\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+x\,d\!\left[\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\right]}\;$ » avec $\bullet \;$ « $\;d\!\left[x^{2}\right]=2\,x\,dx\;$ » et « $\;d\!\left[y^{2}\right]=2\,y\,dy\;$ »,

finalement on obtient, en regroupant toutes les informations, « $\;df=\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\,dx+x\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\,\left[2\,x\,dx+2\,y\,dy\right]\;$ » ou
finalement on obtient, en regroupant toutes les informations, « $\;df=\left[\sin \left(x^{2}+y^{2}\right)+2\,x^{2}\,\cos \left(x^{2}+y^{2}\right)\right]dx+2\,x\,y\,\cos \left(x^{2}+y^{2}\right)\,dy\;$ ».

Par calcul préalable des dérivées partielles

Ces calculs ayant déjà été faits on rappelle les résultats : $\bullet \;$ « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}(x,\,y)=\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+2\,x^{2}\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ »^[25] et
Ces calculs ayant déjà été faits on rappelle les résultats : $\bullet \;$ « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}(x,\,y)=2\,x\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\;$ »^[25] d'où :

«

\;df=\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x,\,y)\,dx\,+\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x,\,y)\,dy=\left[\sin \!\left(x^{2}+y^{2}\right)+2\,x^{2}\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)\right]dx+2\,x\,y\,\cos \!\left(x^{2}+y^{2}\right)dy\;

»^[26].

Définition de la différentielle logarithmique d'une fonction de deux variables indépendantes

     À partir de la « fonction scalaire $\;f\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ dérivable partiellement relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé $\;{\big (}$ ou relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ${\big )}\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ et
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ telle que $\;f(x_{0}\,,\,y_{0})\;$ soit $\;\neq 0\;$ »,
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « dérivée logarithmique partielle de la fonction $\;f\;$ par rapport à $\;x\;$ ^[27] » pour $\;(x\,,\,y)\;$ du domaine $\;{I'}_{\!x}\;$ de dérivabilité partielle par rapport à $\;x\;$ ^[27]
          À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « dérivée logarithmique partielle de la fonction $\;\color {transparent}{f}\;$ par rapport à $\;\color {transparent}{x}\;$ » pour $\;\color {transparent}{(x\,,\,y)}\;$ tel que $\;f(x\,,\,y)\;$ est $\;\neq 0\;$ ^[20]^,^[28] selon
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « $\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in {I'}_{\!x},\;\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{x}}{\rightarrow }}\;h_{x}(x\,,\,y)={\dfrac {\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}(x\,,\,y)}{f(x\,,\,y)}}\;$ »^[20] $\;{\big \{}$ c'est aussi la « dérivée partielle par rapport à $\;x\;$ ^[27] de la fonction composée
          À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « $\;\color {transparent}{\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in {I'}_{\!x},\;\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{x}}{\rightarrow }}\;h_{x}(x\,,\,y)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}(x\,,\,y)}\;$ » $\;\color {transparent}{\big \{}$ c'est aussi la « dérivée partielle par rapport à $\;\left[\ln \,\circ \;{\big \vert }\;{\big \vert }\right]\circ f=\ln \left[{\big \vert }\,f\,{\big \vert }\right]\;$ » ${\big \}}$ et
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « dérivée logarithmique partielle de la fonction $\;f\;$ par rapport à $\;y\;$ ^[29] » pour $\;(x\,,\,y)\;$ du domaine $\;{I'}_{\!y}\;$ de dérivabilité partielle par rapport à $\;y\;$ ^[29]
          À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « dérivée logarithmique partielle de la fonction $\;\color {transparent}{f}\;$ par rapport à $\;\color {transparent}{y}\;$ » pour $\;\color {transparent}{(x\,,\,y)}\;$ tel que $\;f(x\,,\,y)\;$ est $\;\neq 0\;$ ^[20]^,^[28] selon
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « $\;\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in {I'}_{\!y},\;\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{y}}{\rightarrow }}\;h_{y}(x\,,\,y)={\dfrac {\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}(x\,,\,y)}{f(x\,,\,y)}}\;$ »^[20] $\;{\big \{}$ c'est aussi la « dérivée partielle par rapport à $\;y\;$ ^[29] de la fonction composée
          À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on a défini la « $\;\color {transparent}{\forall \;\left(x\,,\,y\right)\in {I'}_{\!y},\;\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{y}}{\rightarrow }}\;h_{y}(x\,,\,y)=\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}(x\,,\,y)}\;$ » $\;\color {transparent}{\big \{}$ c'est aussi la « dérivée partielle par rapport à $\;\left[\ln \,\circ \;{\big \vert }\;{\big \vert }\right]\circ f=\ln \left[{\big \vert }\,f\,{\big \vert }\right]\;$ » ${\big \}}$ ;
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on déduit la définition de la différentielle logarithmique de la fonction $\;f\;$ à partir des définitions des dérivées logarithmiques partielles de $\;f\;$ de la même façon que
     À partir de la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ on déduit la définition de la différentielle de la fonction $\;f\;$ a été déduite à partir des définitions des dérivées partielles de $\;f\;$ ^[30].

Définition de la différentielle logarithmique de la fonction

\;f\;

en

\;(x_{0}\,,\,y_{0})

La différentielle logarithmique de

\;f\;

en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;

valeurs de

\;\left(x\,,\,y\right)\;

du domaine de dérivabilité logarithmique

\;{I'}_{\!x}\cap {I'}_{\!y}\;

^[31] est définie, à partir des dérivées logarithmiques partielles de

\;f

, notées

\;h_{x}\;

et

\;h_{y}\;

^[21], respectivement caractérisées par «

\;\forall \;(x\,,\,y)\in {I'}_{\!x},\;

\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{x}}{\rightarrow }}\;h_{x}(x\,,\,y)={\dfrac {{f'}_{\!x}(x\,,\,y)}{f(x\,,\,y)}}\;

»^[18] et par «

\;\forall \;(x\,,\,y)\in {I'}_{\!y},\;\;(x\,,\,y)\;{\overset {h_{y}}{\rightarrow }}\;h_{y}(x\,,\,y)={\dfrac {{f'}_{\!y}(x\,,\,y)}{f(x\,,\,y)}}\;

»^[19], selon «

\;h_{x}(x_{0}\,,\,y_{0})\,dx+h_{y}(x_{0}\,,\,y_{0})\,dy={\dfrac {{f'}_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;dx+{\dfrac {{f'}_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;dy={\dfrac {{f'}_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dx+{f'}_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dy}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}

«

\;\color {transparent}{h_{x}(x_{0}\,,\,y_{0})\,dx+h_{y}(x_{0}\,,\,y_{0})\,dy={\dfrac {{f'}_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;dx+{\dfrac {{f'}_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;dy}

={\dfrac {df}{f(x_{0}\,,\,y_{0})}}\;

» dans laquelle
«

\;df={f'}_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dx+{f'}_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dy\;

est la différentielle de

\;f\;

pour le couple de valeurs

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;

»^[32]^,^[33].

Différentielle d'une fonction d'une variable, laquelle est fonction de deux autres variables indépendantes, théorème de dérivation partielle d'une fonction composée

Soit la « fonction scalaire $\;\varphi \;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ dérivable partiellement relativement à $\;x\;$ ^[27] $\;{\big (}$ et relativement à $\;y\;$ ^[29] ${\big )}\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ ainsi que
Soit la « fonction scalaire $\;f\;$ d'une variable réelle $\;u\;$ dérivable en $\;u_{0}=\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\;$ », nous pouvons conclure que

     Soit la fonction scalaire composée $\;F=f\circ \varphi \;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)$ , est dérivable partiellement relativement à $\;x\;$ ^[27] $\;{\big (}$ et relativement à $\;y\;$ ^[29] ${\big )}\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ et donc
     Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{F=f\circ \varphi }\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}$ , est différentiable, la « différentielle de $\;F\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » s'écrivant
     Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{F=f\circ \varphi }\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}$ , est différenciable, la « $\;dF\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left({\dfrac {\partial F}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial F}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ »^[32] ;

     Soit la « fonction scalaire $\;\varphi \;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ étant de même différentiable en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ », la « différentielle de $\;\varphi \;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » s'écrit
     Soit la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{\varphi }\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)}\;$ », la « $\;d\varphi \;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ »^[32]
     Soit la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{\varphi }\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)}\;$ », la « pouvant s'écrire encore, en posant « $\;u=\varphi (x\,,\,y)\;$ »,
     Soit la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{\varphi }\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)}\;$ », la « $\;du\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ » ;

Soit la « fonction scalaire $\;f\;$ de la variable réelle $\;u=\varphi \left(x\,,\,y\right)\;$ étant de même différentiable en $\;u_{0}=\varphi \left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ », la « différentielle de $\;f\;$ en $\;u_{0}\;$ » s'écrit
Soit la « fonction scalaire $\;\color {transparent}{f}\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{u=\varphi \left(x\,,\,y\right)}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{u_{0}=\varphi \left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)}\;$ », la « $\;df\;\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\;{\dfrac {df}{du}}(u_{0})\,du=f'(u_{0})\;du\;$ »^[34] ;

     reportant l'expression « $\;du=\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ » dans « $\;df=f'(u_{0})\;du\;$ » $\Rightarrow$ « $\;df=f'(u_{0})\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\right\rbrace$ ou
     reportant l'expression « $\;\color {transparent}{du=\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy}\;$ » dans « $\;\color {transparent}{df=f'(u_{0})\;du}\;$ » $\color {transparent}{\Rightarrow }$ « $\;df=f'(u_{0})\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+f'(u_{0})\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ » s'identifiant à
     reportant l'expression « $\;\color {transparent}{du=\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy}\;$ » dans « $\;\color {transparent}{df=f'(u_{0})\;du}\;$ » $\color {transparent}{\Rightarrow }$ la différentielle $\;dF\;$ de $\;F=f\circ \varphi \;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » ou encore, en éliminant $\;u_{0}\;$ ^[35],
     reportant l'expression « $\;\color {transparent}{du=\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy}\;$ » dans « $\;\color {transparent}{df=f'(u_{0})\;du}\;$ » $\color {transparent}{\Rightarrow }$ « $\;dF=f\,'\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+f\,'\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ »
           reportant l'expression « $\;\color {transparent}{du=\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy}\;$ » dans « $\;\color {transparent}{df=}$ s'identifiant à « $\;dF=\qquad \qquad \left({\dfrac {\partial F}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\qquad +\qquad \qquad \left({\dfrac {\partial F}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\qquad \;$ » ;

     nous en déduisons le « théorème de dérivation partielle d'une fonction scalaire composée $\;F=f\circ \varphi \;$ dans laquelle $\;\varphi \;$ est une fonction de deux variables indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ et
     nous en déduisons le « théorème de dérivation partielle d'une fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{F=f\circ \varphi }\;$ dans laquelle $\;f\;$ une fonction scalaire de la variable $\;u=\varphi (x\,,\,y)\;$ »
     nous en déduisons en identifiant, deux à deux, les cœfficients de $\;dx\;$ et ceux de $\;dy\;$ dans les deux expressions précédentes de $\;dF$ :

Théorème de dérivation partielle d'une fonction composée dont la 1^ère est fonction scalaire de deux variables indépendantes et la 2^nde fonction scalaire d'une variable

À partir d'une « 1^ère fonction scalaire

\;\varphi \;

des deux variables indépendantes

\;\left(x\,,\,y\right)\;

continue sur un pavé

\;I\times J\;

et à valeurs dans l'intervalle

\;\varphi (I\times J)\;

» et
À partir d'une « 2^ème fonction scalaire d'une variable, fonction notée

\;f\;

continue sur l'intervalle

\;\varphi (I\times J)\;

»,
nous définissons la « fonction composée

\;F=f\circ \varphi \;

continue sur le pavé

\;I\times J\;

» ;
si « la fonction

\;\varphi \;

est dérivable partiellement relativement à

\;x\;

à

\;y\;

gelé, en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J\;

{\big \{}

ainsi que dérivable partiellement relativement à

\;y\;

à

\;x\;

gelé, en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J{\big \}}\;

» et
si « la fonction

\;f\;

dérivable en

\;\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\in \varphi (I\times J)\;

»,
« la fonction composée

\;F=f\circ \varphi \;

est dérivable partiellement relativement à

\;x\;

à

\;y\;

gelé, en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J\;

{\big \{}

ainsi que dérivable partiellement relativement à

\;y\;

à

\;x\;

gelé, en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J{\big \}}\;

» et ses nombres dérivés se déterminent par «

\;\left\lbrace {\begin{array}{c}\left({\dfrac {\partial F}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})=f\,'\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\\\left({\dfrac {\partial F}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})=f\,'\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\end{array}}\right\rbrace \;

».

Différentielle d'une fonction de deux variables, lesquelles sont fonctions d'une seule variable ou de deux autres variables indépendantes, extension du théorème de dérivation (partielle) d'une fonction composée

Différentielle d'une fonction de deux variables, lesquelles sont fonctions d'une seule variable

Soit la « fonction $\;g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace \;$ d'une variable réelle $\;t\;$ à valeurs dans $\;\mathbb {R} ^{2}\;$ ^[36] dérivable en $\;t_{0}\;$ ^[37] ainsi que
Soit la « fonction scalaire $\;\varphi \;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ dérivable partiellement relativement à $\;x\;$ ^[27] $\;{\big (}$ et relativement à $\;y\;$ ^[29] ${\big )}\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)=g(t_{0})\;$ », nous en déduisons que

     Soit la fonction scalaire composée $\;G=\varphi \circ g\;$ de la variable réelle $\;t\;$ est dérivable en $\;t_{0}\;$ et donc
     Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\varphi \circ g}\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ est différentiable, la « différentielle de $\;G\;$ en $\;t_{0}\;$ » s'écrivant
     Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\varphi \circ g}\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ est différenciable, la « $\;dG\;\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\;{\dfrac {dG}{dt}}\!(t_{0})\;dt=G\,'(t_{0})\;dt\;$ »^[34] ;

Soit la « fonction $\;g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace \;$ de la variable réelle $\;t\;$ à valeurs dans $\;\mathbb {R} ^{2}\;$ ^[36] étant de même différentiable en $\;t_{0}\;$ », la « différentielle de $\;g\;$ en $\;t_{0}\;$ » s'écrit
Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « $\;dg\;\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\;\left\lbrace {\dfrac {dg_{1}}{dt}}\!(t_{0})\,,\,{\dfrac {dg_{2}}{dt}}\!(t_{0})\right\rbrace \,dt=\left\lbrace {g\,'}_{\!1}(t_{0})\,,\,{g\,'}_{\!2}(t_{0})\right\rbrace \,dt\;$ »^[38] ;

     Soit la « fonction scalaire $\;\varphi \;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)=g(t)=\left\lbrace g_{1}(t)\,,\,g_{2}(t)\right\rbrace \;$ étant de même différentiable en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)=g(t_{0})=\left\lbrace g_{1}(t_{0})\,,\,g_{2}(t_{0})\right\rbrace \;$ »,
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « différentielle de $\;\varphi \;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » s'écrit
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « $\;d\varphi \;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ »^[32] ;

     reportant « $\;\left\lbrace {\begin{array}{c}dx={g\,'}_{\!1}(t_{0})\;dt\\dy={g\,'}_{\!2}(t_{0})\;dt\end{array}}\right\rbrace \;$ »^[39] dans « $\;d\varphi =\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ » $\Rightarrow$ « $\;d\varphi =\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\;{g\,'}_{\!1}(t_{0})\;dt+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\;{g\,'}_{\!2}(t_{0})\;dt$ ou
          reportant « $\;\color {transparent}{\left\lbrace {\begin{array}{c}dx={g\,'}_{\!1}(t_{0})\;dt\\dy={g\,'}_{\!2}(t_{0})\;dt\end{array}}\right\rbrace }\;$ » dans « $\;\color {transparent}{d\varphi =\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy}\;$ » $\color {transparent}{\Rightarrow }$ « $\;d\varphi =\left[\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\;{g\,'}_{\!1}(t_{0})+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\;{g\,'}_{\!2}(t_{0})\right]\,dt\;$ » s'identifiant à
          reportant « $\;\color {transparent}{\left\lbrace {\begin{array}{c}dx={g\,'}_{\!1}(t_{0})\;dt\\dy={g\,'}_{\!2}(t_{0})\;dt\end{array}}\right\rbrace }\;$ » dans « $\;\color {transparent}{d\varphi =\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy}\;$ » $\color {transparent}{\Rightarrow }$ la « différentielle $\;dG\;$ de $\;G=\varphi \circ g\;$ en $\;t_{0}\;$ » ou encore, en éliminant $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ ^[40]
          reportant « $\;\color {transparent}{\left\lbrace {\begin{array}{c}dx={g\,'}_{\!1}(t_{0})\;dt\\dy={g\,'}_{\!2}(t_{0})\;dt\end{array}}\right\rbrace }\;$ » dans « $\;\color {transparent}{d\varphi =\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy}\;$ » $\color {transparent}{\Rightarrow }$ « $\;dG=\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!\left[g_{1}(t_{0}),\,g_{2}(t_{0})\right]\;{g\,'}_{\!1}(t_{0})+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!\left[g_{1}(t_{0}),\,g_{2}(t_{0})\right]\;{g\,'}_{\!2}(t_{0})\right\rbrace \,dt\;$ »
                                                                     reportant « $\;\color {transparent}{\left\lbrace {\begin{array}{c}dx={g\,'}_{\!1}(t_{0})\;dt\\dy={g\,'}_{\!2}(t_{0})\;dt\end{array}}\right\rbrace }\;$ » dans « $\;\color {transparent}{d\varphi =}$ s'identifiant à « $\;dG=\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \;\;G\,'(t_{0})\;\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \;\;dt\;$ » ;

     nous en déduisons le « théorème de dérivation partielle d'une fonction composée $\;G=\varphi \circ g\;$ dans laquelle $\;g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace \;$ est une fonction de la variable $\;t\;$ à valeurs dans $\;\mathbb {R} ^{2}\;$ ^[36] et
     nous en déduisons le « théorème de dérivation partielle d'une fonction composée $\;\color {transparent}{G=\varphi \circ g}\;$ dans laquelle $\;\varphi \;$ une fonction scalaire de deux variables indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)=g(t)\;$ »
     nous en déduisons en identifiant, deux à deux, le cœfficient de $\;dt\;$ dans les deux expressions précédentes de $\;dG$ :

Extension du théorème de dérivation d'une fonction composée dont la 1^ère est fonction d'une variable à valeurs dans

\;\mathbb {R} ^{2}\;

et la 2^nde fonction scalaire de deux variables indépendantes

À partir d'une « 1^ère fonction

\;g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace \;

de la variable

\;t\;

à valeurs dans

\;\mathbb {R} ^{2}\;

^[36], continue sur un intervalle

\;I\;

et à valeurs dans le pavé

\;g(I)=g_{1}(I)\times g_{2}(I)\;

» et
À partir d'une « 2^ème fonction scalaire

\;f\;

de deux variables indépendantes, continue sur le pavé

\;g(I)=g_{1}(I)\times g_{2}(I)\;

»,
nous définissons la « fonction composée

\;G=\varphi \circ g\;

continue sur l'intervalle

\;I\;

» ;
si « la fonction

\;g\;

est dérivable en

\;t_{0}\in I\;

»^[37] et
si « la fonction

\;\varphi \;

dérivable partiellement relativement à

\;x\;

^[27], en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in g(I)=g_{1}(I)\times g_{2}(I)\;

{\big \{}

ainsi que dérivable partiellement relativement à

\;y\;

^[29], en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in g(I)=g_{1}(I)\times g_{2}(I){\big \}}\;

»
« la fonction composée

\;G=\varphi \circ g\;

est dérivable en

\;t_{0}\in I\;

» et son nombre dérivé se détermine par «

\;G\,'(t_{0})=\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!\left[g_{1}(t_{0}),\,g_{2}(t_{0})\right]\;{g\,'}_{\!1}(t_{0})+\left({\dfrac {\partial \varphi }{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!\left[g_{1}(t_{0}),\,g_{2}(t_{0})\right]\;{g\,'}_{\!2}(t_{0})\;

».

Différentielle d'une fonction de deux variables, lesquelles sont fonctions de deux autres variables indépendantes

Soit la « fonction $\;\varphi =\left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace \;$ de deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ à valeurs dans $\;\mathbb {R} ^{2}\;$ ^[41] dérivable partiellement relativement à $\;x\;$ ^[27] $\;{\big (}$ et relativement à $\;y\;$ ^[29] ${\big )}\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ »^[42]
Soit et la « fonction scalaire $\;\psi \;$ de deux autres variables réelles indépendantes $\;\left(u\,,\,v\right)\;$ dérivable partiellement relativement à $\;u\;$ ^[43] $\;{\big (}$ et relativement à $\;v\;$ ^[44] ${\big )}\;$ en $\;\left(u_{0}\,,\,v_{0}\right)=\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\;$ »^[45], $\Rightarrow$

     Soit la fonction scalaire composée $\;G=\psi \circ \varphi \;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ est dérivable partiellement en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ et donc
     Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\psi \circ \varphi }\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est différentiable, la « différentielle de $\;G\;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » s'écrivant
     Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\varphi \circ g}\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est différentiable, la « $\;dG\;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left({\dfrac {\partial G}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial G}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ »^[32] ;

     Soit la « fonction $\;\varphi =\left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace \;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ à valeurs dans $\;\mathbb {R} ^{2}\;$ ^[41] étant de même différentiable en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ », la « différentielle de $\;\varphi \;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » s'écrit
     Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\varphi \circ g}\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est différentiable, la « $\;d\varphi \;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;,\;\cdots \;\right.$
          Soit la fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\varphi \circ g}\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ est différentiable, la « $\;\color {transparent}{d\varphi \;{\overset {\text{déf}}{=}}}\;$ $\cdots \;\left.\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\right\rbrace \;$ »^[46] ;

     Soit la « fonction scalaire $\;\psi \;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\left(u\,,\,v\right)=\varphi (x\,,\,y)=\left\lbrace \varphi _{1}(x\,,\,y)\,,\,\varphi _{2}(x\,,\,y)\right\rbrace \;$ étant de même différentiable en $\;\left(u_{0}\,,\,v_{0}\right)=\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\;$ ^[47],
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{\varphi =\left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace }\;$ des deux variables réelles indépendantes $\;\color {transparent}{\left(x\,,\,y\right)}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)}\;$ », la « différentielle de $\;\psi \;$ en $\;\left(u_{0}\,,\,v_{0}\right)\;$ » s'écrit
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « $\;d\psi \;{\overset {\text{déf}}{=}}\;\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!(u_{0},\,v_{0})\,du\,+\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!(u_{0},\,v_{0})\,dv\;$ »^[32] ;

     reportant « $\;\left\lbrace {\begin{array}{c}du=\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\\dv=\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\end{array}}\right\rbrace \;$ »^[48] dans « $\;d\psi =\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!(u_{0},\,v_{0})\,du\,+\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!(u_{0},\,v_{0})\,dv\;$ » $\Rightarrow$
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « $\;d\psi =\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!(u_{0},\,v_{0})\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\right\rbrace +\cdots$
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « $\;\color {transparent}{d\psi =}$ $\cdots \;\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!(u_{0},\,v_{0})\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\right\rbrace \;$ »
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la s'identifiant à la « différentielle $\;dG\;$ de $\;G=\psi \circ \varphi \;$ en $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\;$ » ou encore,
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la en éliminant $\;\left(u_{0}\,,\,v_{0}\right)=\left\lbrace \varphi _{1}(x_{0}\,,\,y_{0})\,,\,\varphi _{2}(x_{0}\,,\,y_{0})\right\rbrace =\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})$ , $\Rightarrow$
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « $\;dG=\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\right\rbrace$
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la « $\;\color {transparent}{dG}$ $+\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\right\rbrace \;$ »
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la soit encore, en regroupant les termes $\;\propto \;$ à $\;dx\;$ et ceux $\;\propto \;$ à $\;dy\;$ dans $\;dG$ ,
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même « $\;dG=\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\;\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})+\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\;\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\right\rbrace \,dx$
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même « $\;\color {transparent}{dG}$ $+\left\lbrace \left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\;\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})+\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!\left[\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})\right]\;\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\right\rbrace \,dy\;$ »
     Soit la « fonction $\;\color {transparent}{g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace }\;$ de la variable réelle $\;\color {transparent}{t}\;$ à valeurs dans $\;\color {transparent}{\mathbb {R} ^{2}}\;$ étant de même différentiable en $\;\color {transparent}{t_{0}}\;$ », la s'identifiant à « $\;dG=\left({\dfrac {\partial G}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\,dx\,+\left({\dfrac {\partial G}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,dy\;$ » ;

     nous en déduisons l'« extension du théorème de dérivation d'une fonction scalaire composée $\;G=\psi \circ \varphi =\psi \circ \left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace \;$ dans laquelle $\;\varphi =\left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace \;$ est une fonction des deux variables réelles
     nous en déduisons l'« extension du théorème de dérivation d'une fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\psi \circ \varphi =\psi \circ \left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace }\;$ dans laquelle $\;\color {transparent}{\varphi =}$ indépendantes $\;\left(x\,,\,y\right)\;$ à valeurs dans $\;\mathbb {R} ^{2}\;$ ^[41] et
     nous en déduisons l'« extension du théorème de dérivation d'une fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\psi \circ \varphi =\psi \circ \left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace }\;$ dans laquelle $\;\psi \;$ une fonction scalaire des deux variables indépendantes
     nous en déduisons l'« extension du théorème de dérivation d'une fonction scalaire composée $\;\color {transparent}{G=\psi \circ \varphi =\psi \circ \left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace }\;$ dans laquelle $\;\color {transparent}{\psi }\;$ $\;\left(u\,,\,v\right)=\varphi (x\,,\,y)=\left\lbrace \varphi _{1}(x\,,\,y)\,,\,\varphi _{2}(x\,,\,y)\right\rbrace \;$ »
     nous en déduisons en identifiant, deux à deux, les cœfficients de $\;dx\;$ et ceux de $\;dy\;$ dans les deux expressions précédentes de $\;dG$ :

Extension du théorème de dérivation d'une fonction composée dont la 1^ère est fonction de deux variables indépendantes à valeurs dans R² et la 2^nde fonction scalaire de deux variables indépendantes

À partir d'une « 1^ère fonction

\;\varphi =\left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace \;

des deux variables réelles indépendantes

\;(x\,,\,y)\;

à valeurs dans

\;\mathbb {R} ^{2}\;

^[41], continue sur un pavé

\;I\times J\;

et à valeurs dans le pavé

\;\varphi (I\times J)=\varphi _{1}(I\times J)\times \varphi _{2}(I\times J)\;

» et
À partir d'une « 2^ème fonction scalaire

\;\psi \;

de deux autres variables indépendantes

\;(u\,,\,v)

, continue sur le pavé

\;\varphi (I\times J)=

\varphi _{1}(I\times J)\times \varphi _{2}(I\times J)\;

»,
nous définissons la « fonction composée

\;G=\psi \circ \varphi \;

continue sur l'intervalle

\;I\times J\;

» ;
si « la fonction

\;\varphi \;

est dérivable partiellement relativement à

\;x\;

^[27], en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J\;

{\big \{}

ainsi que dérivable partiellement relativement à

\;y\;

^[29], en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J{\big \}}\;

» et
si « la fonction

\;\psi \;

dérivable partiellement relativement à

\;u\;

^[43], en

\;\left(u_{0}\,,\,v_{0}\right)\in \varphi (I\times J)=\varphi _{1}(I\times J)\times \varphi _{2}(I\times J)\;

{\big \{}

ainsi que dérivable partiellement relativement à

\;v\;

^[44], en

\;\left(u_{0}\,,\,v_{0}\right)\in \varphi (I\times J)=\varphi _{1}(I\times J)\times \varphi _{2}(I\times J){\big \}}\;

»
« la fonction composée

\;G=\psi \circ \varphi \;

est dérivable partiellement relativement à

\;x\;

^[27], en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J\;

{\big \{}

ainsi que dérivable partiellement relativement à

\;y\;

^[29], en

\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)\in I\times J{\big \}}\;

» et ses nombres dérivés se déterminent par

\left\lbrace \!{\begin{array}{c}\left({\dfrac {\partial G}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})=\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!\left[\varphi _{1}(x_{0}\,,\,y_{0})\,,\,\varphi _{2}(x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})+\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!\left[\varphi _{1}(x_{0}\,,\,y_{0})\,,\,\varphi _{2}(x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\!(x_{0},\,y_{0})\\\left({\dfrac {\partial G}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})=\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial u}}\right)_{\!\!v}\!\left[\varphi _{1}(x_{0}\,,\,y_{0})\,,\,\varphi _{2}(x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi _{1}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})+\left({\dfrac {\partial \psi }{\partial v}}\right)_{\!\!u}\!\left[\varphi _{1}(x_{0}\,,\,y_{0})\,,\,\varphi _{2}(x_{0}\,,\,y_{0})\right]\left({\dfrac {\partial \varphi _{2}}{\partial y}}\right)_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\end{array}}\!\right\rbrace

.

Notes et références

↑ À l'exception de la représentation graphique en fonction des variables indépendantes.
↑ C.-à-d. éventuelle continuité, dérivabilité, différentiabilité $\;{\big (}$ en ce qui concerne la dérivabilité et la différentiabilité nous revenons ultérieurement sur ces notions car elles nécessitent des notations particulières ${\big )}\;\ldots$
↑ Si ce graphe est très facile à lire, il n'est pas très pratique à construire ni à transporter car nécessitant un repère à trois dimensions.
↑ Dont l'importance est capitale pour les écosystèmes $\;\ldots$
↑ $\Delta z\;$ définissant le « pas » des courbes de niveaux.
↑ Les valeurs constantes choisies forment usuellement une « progression arithmétique » ${\big [}$ notion introduite au chap. $12$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) » ${\big ]}$ de raison égale au « pas » des courbes de niveaux.
↑ Le positionnement de la surface isotherme $\;0\,{\text{°C}}\;$ est important car il permet de connaître l'état de l'eau dans l'atmosphère suivant que l'endroit considéré est au-dessus ou au-dessous de cette surface isotherme.
↑ On a utilisé la notation différentielle de la dérivée de la fonction $\;f_{y}\;$ de la variable $\;x$ , mais on aurait pu encore noter $\;f'_{y}(x)$ .
↑ En pratique $\;-\;$ même si cela reste correct $\;-\;$ ne plus utiliser la notation $\;{\dfrac {df_{y}}{dx}}(x)\;$ ou $\;f'_{y}(x)\;$ pour noter la « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé » mais la noter « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}(x,\,y)\;$ » et lire « dé rond f sur dé rond x à y figé » ou la nommer par son nom complet « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé ».
↑ On a utilisé la notation différentielle de la dérivée de la fonction $\;f_{x}\;$ de la variable $\;y$ , mais on aurait pu encore noter $\;f'_{x}(y)$ .
↑ En pratique $\;-\;$ même si cela reste correct $\;-\;$ ne plus utiliser la notation $\;{\dfrac {df_{x}}{dy}}(y)\;$ ou $\;f'_{x}(y)\;$ pour noter la « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé » mais la noter « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}(x,\,y)\;$ » et lire « dé rond f sur dé rond y à x figé » ou la nommer par son nom complet « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ».
↑ $\;x\;$ est constant d'une part et d'autre part on dérive la fonction sinus par rapport à son argument et on multiplie par la dérivée de son argument $\;x^{2}+y^{2}\;$ par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé.
↑ Dérivée d'un produit dans lequel $\;x\;$ varie, d'où l'existence du 1^er terme, pour le 2^ème terme, on dérive la fonction sinus par rapport à son argument et on multiplie par la dérivée de son argument $\;x^{2}+y^{2}\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé.
↑ ^14,0 et ^14,1 Hermann Amandus Schwarz (1843 - 1921) mathématicien allemand, dont les travaux portèrent sur des sujets allant de l'analyse réelle et complexe à la géométrie différentielle, en passant par le calcul des variations ; il contribua à propager en Italie et en France les idées du mathématicien Karl Weierstrass dont il fut l'élève par les notes de cours qu'il prit en $\;1861$ ;
Karl Theodor Wilhelm Weierstrass (1815 - 1897) mathématicien allemand considéré comme le père de l'analyse moderne, ses travaux les plus connus portent sur les fonctions elliptiques $\;{\big [}$ on lui doit aussi la création d'une fonction connue de nos jours sous le nom de fonction de Weierstrass continue partout et dérivable nulle part ${\big ]}$ .
↑ ^15,0 et ^15,1 En France et en Belgique le théorème de Schwarz est encore appelé théorème de Clairaut.
Alexis Claude Clairaut (1713 - 1765) mathématicien français très précoce : à l'âge de $\;12\;$ ans il écrit un mémoire sur $\;4\;$ corbes géométriques du 3^ème degré qu'il a découvertes, à $\;16\;$ ans il achève son traité intitulé Recherches sur les courbes à double courbure $\;{\big [}$ c.-à-d. sur les courbes gauches $\;{\big (}$ ou non planes ${\big )}{\big ]}\;$ dont la publication lui valut d'entrer à l'Académie des sciences à l'âge de $\;18\;$ ans, en $\;1736\;$ il participe à l'expédition en Laponie dirigée par Maupertuis dont l'objet est d'évaluer la longueur d'un degré d'arc de méridien, il publie en $\;1743\;$ un traité intitulé Théorie de la Figure de la Terre où il démontre le théorème portant son nom explicitant l'aplatissement géométrique de la Terre ; dans les années qui suivirent, il s'intéresse aux mouvements très complexes de la Lune et $\;1759\;$ il calcule le périhélie de la comète de Halley.
Pierre Louis Moreau de Maupertuis (1698 - 1759) philosophe, mathématicien, physicien, astronome et naturaliste français qui contribua notamment à la diffusion des théories de Newton hors d'Angleterre, et à l'établissement du principe de moindre action ; il participa à une 1^{ère</sup expédition menée en $\;1735\;$ au Pérou pour mesurer la longueur d'un degré d'arc équatorial et dirigea une 2^ème expédition en Laponie en <ma\;1736\;</math> dans le but de mesurer la longueur d'un degré d'arc polaire.}
↑ $\;y\;$ est constant d'une part et d'autre part on dérive un produit de fonctions, la fonction cosinus devant être dérivée par rapport à son argument et le résultat obtenu multiplié par la dérivée de l'argument par rapport à $\;x\;$ à $\;y$ figé.
↑ $\;x\;$ est constant d'une part et d'autre part on dérive la fonction cosinus ou sinus en la dérivant par rapport à son argument et en multipliant le résultat par la dérivée de l'argument relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé.
↑ ^18,0 ^18,1 et ^18,2 La fonction dérivée partielle de $\;f\;$ relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé est notée « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}\;$ » ou « $\;{f'}_{\!x}\;$ » ou encore « $\;\partial _{x}f\;$ ».
↑ ^19,0 ^19,1 et ^19,2 La fonction dérivée partielle de $\;f\;$ relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé est notée « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}\;$ » ou « $\;{f'}_{\!y}\;$ » ou encore « $\;\partial _{y}f\;$ ».
↑ ^20,00 ^20,01 ^20,02 ^20,03 ^20,04 ^20,05 ^20,06 ^20,07 ^20,08 ^20,09 et ^20,10 Si $\;f\;$ s'annule pour des valeurs de $\;I_{x}\;$ ${\big \{}$ ou de $\;I_{y}{\big \}}\;$ il convient de « restreindre $\;I_{x}\;$ ${\big \{}$ ou $\;I_{y}{\big \}}\;$ au plus grand $\;{I'}_{\!x}\subset I_{x}\;$ tel que $\;f({I'}_{\!x})=f(I_{x})\;\backslash \,\left\lbrace 0\right\rbrace \;$ » ${\big \{}$ ou au plus grand $\;{I'}_{\!y}\subset I_{y}\;$ tel que $\;f({I'}_{\!y})=f(I_{y})\;\backslash \,\left\lbrace 0\right\rbrace {\big \}}$ .
↑ ^21,0 ^21,1 et ^21,2 Notation personnelle car il n'y a aucune réglementation pour noter cette fonction.
↑ ^22,0 et ^22,1 Nous sommes donc ramenés, dans les deux cas, à une petite variation d'une fonction d'une variable et pouvons appliquer l'approximation linéaire $\ldots$
↑ En fait les restes partiels $\;\varepsilon _{x}\;$ et $\;\varepsilon _{y}\;$ dépendent des deux variations $\;\delta x\;$ et $\;\delta y\;$ mais, pour simplifier l'écriture nous n'avons fait apparaître que la variable tendant vers $\;0\;$ car, ce qui est essentiel, c'est que le reste partiel $\;\varepsilon _{x}\;$ tende plus rapidement vers $\;0\;$ que $\;\delta x\;$ et ceci quel que soit $\;\delta y\;$ et que le reste partiel $\;\varepsilon _{y}\;$ tende plus rapidement vers $\;0\;$ que $\;\delta y\;$ et ceci quel que soit $\;\delta x$ .
↑ Finalement le reste $\;\varepsilon (\delta x,\,\delta y)\;$ dans le résultat à démontrer contenant tous les termes tendant vers $\;0\;$ plus rapidement que $\;\delta x\;$ ou que $\;\delta y\;$ s'écrit : « $\;\varepsilon (\delta x,\,\delta y)=\varepsilon _{x}(\delta x)+\varepsilon _{y}(\delta y)+\left[{\dfrac {\partial }{\partial y}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\right]_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y\,\delta x+\varepsilon _{1}(\delta y)\,\delta x\;$ ».
↑ ^25,0 et ^25,1 Voir le paragraphe « exemple de calcul de dérivées partielles » plus haut dans ce chapitre.
↑ On trouve effectivement le même résultat ; cela peut paraître plus court mais n'oubliez pas qu'il faut calculer les dérivées partielles au préalable.
↑ ^27,00 ^27,01 ^27,02 ^27,03 ^27,04 ^27,05 ^27,06 ^27,07 ^27,08 et ^27,09 Sous entendu « à $\;y\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.
↑ ^28,0 et ^28,1 Voir le paragraphe « définition des dérivées logarithmiques partielles » plus haut dans ce chapitre.
↑ ^29,00 ^29,01 ^29,02 ^29,03 ^29,04 ^29,05 ^29,06 ^29,07 ^29,08 et ^29,09 Sous entendu « à $\;x\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.
↑ Voir le paragraphe « définition de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes » plus haut dans ce chapitre.
↑ Le domaine de dérivabilité logarithmique de $\;f\;$ « $\;{I'}_{\!x}\cap {I'}_{\!y}\;$ » est le plus petit domaine de dérivabilité partielle commun de $\;f\;$ « $\;I_{x}\cap I_{y}\;$ » auquel « on retire toutes les valeurs de $\;I_{x}\cap I_{y}\;$ annulant $\;f\;$ ».
↑ ^32,0 ^32,1 ^32,2 ^32,3 ^32,4 et ^32,5 Voir le paragraphe « définition de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes » plus haut dans ce chapitre $\;{\bigg \{}$ on rappelle que « $\;{f'}_{\!x}=\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}=$ $\partial _{x}f\;$ » et que « $\;{f'}_{\!y}=\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}=\partial _{y}f\;$ » ${\bigg \}}$ .
↑ On rappelle que les éléments différentiels $\;dx\;$ et $\;dy\;$ représentent en mathématique n'importe quelles variations mais en physique ce sont toujours des infiniment petits ; il serait plus précis d'écrire $\;df(x_{0}\,,\,y_{0})={f'}_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dx+{f'}_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dy\;$ mais on ne le fait jamais.
↑ ^34,0 et ^34,1 Voir le paragraphe « différentielle d'une fonction scalaire d'une variable (définition) » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».
↑ Par $\;u_{0}=\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})$ .
↑ ^36,0 ^36,1 ^36,2 et ^36,3 La fonction $\;g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace \;$ étant définie par deux composantes pourrait être qualifiée de « vectorielle $\;{\big (}$ d'un espace à deux dimensions ${\big )}\;$ », les fonctions vectorielles d'un espace à trois dimensions étant définies dans le paragraphe « définition d'un champ (ou fonction) vectoriel(le) de l'espace dans lequel on a choisi une base cartésienne pour repérer les points » du chap. $13$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».
↑ ^37,0 et ^37,1 La notion de dérivabilité d'une fonction vectorielle d'un espace à deux dimensions se déduisant aisément de celle d'un espace à trois dimensions, voir le paragraphe « définition de la dérivée et de la différentielle d'une fonction vectorielle par choix d'une base dans l'espace physique incluant l'espace image de la fonction vectorielle » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».
↑ Voir le paragraphe « définition intrinsèque de la différentielle d'une fonction vectorielle d'une variable » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) », un couple de fonctions scalaires d'une variable réelle pouvant être considéré comme les composantes d'une fonction vectorielle de cette variable réelle à image dans un espace à deux dimensions.
↑ Ces expressions découlant de $\;\left(x\,,\,y\right)=\left\lbrace g_{1}(t)\,,\,g_{2}(t)\right\rbrace$ .
↑ Par $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)=\left\lbrace g_{1}(t_{0})\,,\,g_{2}(t_{0})\right\rbrace$ .
↑ ^41,0 ^41,1 ^41,2 et ^41,3 La fonction $\;\varphi =\left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace \;$ étant définie par deux composantes pourrait être qualifiée de « vectorielle $\;{\big (}$ d'un espace à deux dimensions ${\big )}\;$ », les fonctions vectorielles d'un espace à trois dimensions étant définies dans le paragraphe « définition d'un champ (ou fonction) vectoriel(le) de l'espace dans lequel on a choisi une base cartésienne pour repérer les points » du chap. $13$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».
↑ Une fonction vectorielle d'un espace à deux dimensions $\;{\big (}$ comme d'un espace à trois dimensions ${\big )}\;$ pouvant être définie par la donnée de ses composantes sur une base cartésienne de l'espace $\;{\big (}$ voir la note « ⁴¹ » plus haut dans ce chapitre ${\big )}$ , la notion de dérivabilité partielle d'une telle fonction se déduit de celle de ses composantes, voir le paragraphe « définition de la dérivée et de la différentielle d'une fonction vectorielle par choix d'une base dans l'espace physique incluant l'espace image de la fonction vectorielle » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) » ainsi que le paragraphe « définition des dérivées partielles » plus haut dans ce chapitre.
↑ ^43,0 et ^43,1 Sous entendu « à $\;v\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.
↑ ^44,0 et ^44,1 Sous entendu « à $\;u\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.
↑ Voir le paragraphe « définition des dérivées partielles » plus haut dans ce chapitre.
↑ Voir le paragraphe « écriture de la différentielle du champ (ou de la fonction) vectoriel(le) de l'espace, une base cartésienne de ce dernier ayant été choisie » du chap. $13$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) » $\;{\big \{}$ exposé en dimension trois et utilisé en dimension deux ${\big \}}$ , un couple de fonctions scalaires de deux variables réelles indépendantes pouvant être considéré comme les composantes d'une fonction vectorielle de ces deux variables réelles à image dans un espace à deux dimensions.
↑ Avec $\;\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})=\left\lbrace \varphi _{1}(x_{0}\,,\,y_{0})\,,\,\varphi _{2}(x_{0}\,,\,y_{0})\right\rbrace$ .
↑ Ces expressions découlant de $\;\left(u\,,\,v\right)=\left\lbrace \varphi _{1}(x\,,\,y)\,,\,\varphi _{2}(x\,,\,y)\right\rbrace$ .

Outils mathématiques pour la physique (PCSI)

Théorème de Fourier

Produit scalaire, produit vectoriel et produit mixte

[1] À l'exception de la représentation graphique en fonction des variables indépendantes.

[2] C.-à-d. éventuelle continuité, dérivabilité, différentiabilité $\;{\big (}$ en ce qui concerne la dérivabilité et la différentiabilité nous revenons ultérieurement sur ces notions car elles nécessitent des notations particulières ${\big )}\;\ldots$

[3] Si ce graphe est très facile à lire, il n'est pas très pratique à construire ni à transporter car nécessitant un repère à trois dimensions.

[4] Dont l'importance est capitale pour les écosystèmes $\;\ldots$

[5] $\Delta z\;$ définissant le « pas » des courbes de niveaux.

[6] Les valeurs constantes choisies forment usuellement une « progression arithmétique » ${\big [}$ notion introduite au chap. $12$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) » ${\big ]}$ de raison égale au « pas » des courbes de niveaux.

[7] Le positionnement de la surface isotherme $\;0\,{\text{°C}}\;$ est important car il permet de connaître l'état de l'eau dans l'atmosphère suivant que l'endroit considéré est au-dessus ou au-dessous de cette surface isotherme.

[8] On a utilisé la notation différentielle de la dérivée de la fonction $\;f_{y}\;$ de la variable $\;x$ , mais on aurait pu encore noter $\;f'_{y}(x)$ .

[9] En pratique $\;-\;$ même si cela reste correct $\;-\;$ ne plus utiliser la notation $\;{\dfrac {df_{y}}{dx}}(x)\;$ ou $\;f'_{y}(x)\;$ pour noter la « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé » mais la noter « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}(x,\,y)\;$ » et lire « dé rond f sur dé rond x à y figé » ou la nommer par son nom complet « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé ».

[10] On a utilisé la notation différentielle de la dérivée de la fonction $\;f_{x}\;$ de la variable $\;y$ , mais on aurait pu encore noter $\;f'_{x}(y)$ .

[11] En pratique $\;-\;$ même si cela reste correct $\;-\;$ ne plus utiliser la notation $\;{\dfrac {df_{x}}{dy}}(y)\;$ ou $\;f'_{x}(y)\;$ pour noter la « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé » mais la noter « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!\!x}(x,\,y)\;$ » et lire « dé rond f sur dé rond y à x figé » ou la nommer par son nom complet « dérivée partielle de $\;f\;$ par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé ».

[12] $\;x\;$ est constant d'une part et d'autre part on dérive la fonction sinus par rapport à son argument et on multiplie par la dérivée de son argument $\;x^{2}+y^{2}\;$ par rapport à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé.

[13] Dérivée d'un produit dans lequel $\;x\;$ varie, d'où l'existence du 1^er terme, pour le 2^ème terme, on dérive la fonction sinus par rapport à son argument et on multiplie par la dérivée de son argument $\;x^{2}+y^{2}\;$ par rapport à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé.

[Schwarz-14] 14,0 et ^14,1 Hermann Amandus Schwarz (1843 - 1921) mathématicien allemand, dont les travaux portèrent sur des sujets allant de l'analyse réelle et complexe à la géométrie différentielle, en passant par le calcul des variations ; il contribua à propager en Italie et en France les idées du mathématicien Karl Weierstrass dont il fut l'élève par les notes de cours qu'il prit en $\;1861$ ;
Karl Theodor Wilhelm Weierstrass (1815 - 1897) mathématicien allemand considéré comme le père de l'analyse moderne, ses travaux les plus connus portent sur les fonctions elliptiques $\;{\big [}$ on lui doit aussi la création d'une fonction connue de nos jours sous le nom de fonction de Weierstrass continue partout et dérivable nulle part ${\big ]}$ .

[théorème_de_Clairaut-15] 15,0 et ^15,1 En France et en Belgique le théorème de Schwarz est encore appelé théorème de Clairaut.
Alexis Claude Clairaut (1713 - 1765) mathématicien français très précoce : à l'âge de $\;12\;$ ans il écrit un mémoire sur $\;4\;$ corbes géométriques du 3^ème degré qu'il a découvertes, à $\;16\;$ ans il achève son traité intitulé Recherches sur les courbes à double courbure $\;{\big [}$ c.-à-d. sur les courbes gauches $\;{\big (}$ ou non planes ${\big )}{\big ]}\;$ dont la publication lui valut d'entrer à l'Académie des sciences à l'âge de $\;18\;$ ans, en $\;1736\;$ il participe à l'expédition en Laponie dirigée par Maupertuis dont l'objet est d'évaluer la longueur d'un degré d'arc de méridien, il publie en $\;1743\;$ un traité intitulé Théorie de la Figure de la Terre où il démontre le théorème portant son nom explicitant l'aplatissement géométrique de la Terre ; dans les années qui suivirent, il s'intéresse aux mouvements très complexes de la Lune et $\;1759\;$ il calcule le périhélie de la comète de Halley.
Pierre Louis Moreau de Maupertuis (1698 - 1759) philosophe, mathématicien, physicien, astronome et naturaliste français qui contribua notamment à la diffusion des théories de Newton hors d'Angleterre, et à l'établissement du principe de moindre action ; il participa à une 1^{ère</sup expédition menée en $\;1735\;$ au Pérou pour mesurer la longueur d'un degré d'arc équatorial et dirigea une 2^ème expédition en Laponie en <ma\;1736\;</math> dans le but de mesurer la longueur d'un degré d'arc polaire.}

[16] $\;y\;$ est constant d'une part et d'autre part on dérive un produit de fonctions, la fonction cosinus devant être dérivée par rapport à son argument et le résultat obtenu multiplié par la dérivée de l'argument par rapport à $\;x\;$ à $\;y$ figé.

[17] $\;x\;$ est constant d'une part et d'autre part on dérive la fonction cosinus ou sinus en la dérivant par rapport à son argument et en multipliant le résultat par la dérivée de l'argument relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé.

[notation_de_dérivée_partielle_par_rapport_à_x-18] 18,0 ^18,1 et ^18,2 La fonction dérivée partielle de $\;f\;$ relativement à $\;x\;$ à $\;y\;$ figé est notée « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}\;$ » ou « $\;{f'}_{\!x}\;$ » ou encore « $\;\partial _{x}f\;$ ».

[notation_de_dérivée_partielle_par_rapport_à_y-19] 19,0 ^19,1 et ^19,2 La fonction dérivée partielle de $\;f\;$ relativement à $\;y\;$ à $\;x\;$ figé est notée « $\;\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}\;$ » ou « $\;{f'}_{\!y}\;$ » ou encore « $\;\partial _{y}f\;$ ».

[0_exclu-20] 20,00 ^20,01 ^20,02 ^20,03 ^20,04 ^20,05 ^20,06 ^20,07 ^20,08 ^20,09 et ^20,10 Si $\;f\;$ s'annule pour des valeurs de $\;I_{x}\;$ ${\big \{}$ ou de $\;I_{y}{\big \}}\;$ il convient de « restreindre $\;I_{x}\;$ ${\big \{}$ ou $\;I_{y}{\big \}}\;$ au plus grand $\;{I'}_{\!x}\subset I_{x}\;$ tel que $\;f({I'}_{\!x})=f(I_{x})\;\backslash \,\left\lbrace 0\right\rbrace \;$ » ${\big \{}$ ou au plus grand $\;{I'}_{\!y}\subset I_{y}\;$ tel que $\;f({I'}_{\!y})=f(I_{y})\;\backslash \,\left\lbrace 0\right\rbrace {\big \}}$ .

[notation_personnelle-21] 21,0 ^21,1 et ^21,2 Notation personnelle car il n'y a aucune réglementation pour noter cette fonction.

[petite_variation_d'une_fonction_d'une_variable-22] 22,0 et ^22,1 Nous sommes donc ramenés, dans les deux cas, à une petite variation d'une fonction d'une variable et pouvons appliquer l'approximation linéaire $\ldots$

[23] En fait les restes partiels $\;\varepsilon _{x}\;$ et $\;\varepsilon _{y}\;$ dépendent des deux variations $\;\delta x\;$ et $\;\delta y\;$ mais, pour simplifier l'écriture nous n'avons fait apparaître que la variable tendant vers $\;0\;$ car, ce qui est essentiel, c'est que le reste partiel $\;\varepsilon _{x}\;$ tende plus rapidement vers $\;0\;$ que $\;\delta x\;$ et ceci quel que soit $\;\delta y\;$ et que le reste partiel $\;\varepsilon _{y}\;$ tende plus rapidement vers $\;0\;$ que $\;\delta y\;$ et ceci quel que soit $\;\delta x$ .

[24] Finalement le reste $\;\varepsilon (\delta x,\,\delta y)\;$ dans le résultat à démontrer contenant tous les termes tendant vers $\;0\;$ plus rapidement que $\;\delta x\;$ ou que $\;\delta y\;$ s'écrit : « $\;\varepsilon (\delta x,\,\delta y)=\varepsilon _{x}(\delta x)+\varepsilon _{y}(\delta y)+\left[{\dfrac {\partial }{\partial y}}\!\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!\!y}\right]_{\!\!x}\!(x_{0},\,y_{0})\,\delta y\,\delta x+\varepsilon _{1}(\delta y)\,\delta x\;$ ».

[calcul_de_dérivées_partielles_de_l'exemple-25] 25,0 et ^25,1 Voir le paragraphe « exemple de calcul de dérivées partielles » plus haut dans ce chapitre.

[26] On trouve effectivement le même résultat ; cela peut paraître plus court mais n'oubliez pas qu'il faut calculer les dérivées partielles au préalable.

[à_y_figé-27] 27,00 ^27,01 ^27,02 ^27,03 ^27,04 ^27,05 ^27,06 ^27,07 ^27,08 et ^27,09 Sous entendu « à $\;y\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.

[dérivée_logarithmique_partielle-28] 28,0 et ^28,1 Voir le paragraphe « définition des dérivées logarithmiques partielles » plus haut dans ce chapitre.

[à_x_figé-29] 29,00 ^29,01 ^29,02 ^29,03 ^29,04 ^29,05 ^29,06 ^29,07 ^29,08 et ^29,09 Sous entendu « à $\;x\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.

[30] Voir le paragraphe « définition de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes » plus haut dans ce chapitre.

[31] Le domaine de dérivabilité logarithmique de $\;f\;$ « $\;{I'}_{\!x}\cap {I'}_{\!y}\;$ » est le plus petit domaine de dérivabilité partielle commun de $\;f\;$ « $\;I_{x}\cap I_{y}\;$ » auquel « on retire toutes les valeurs de $\;I_{x}\cap I_{y}\;$ annulant $\;f\;$ ».

[définition_de_la_différentielle_d'une_fonction_de_deux_variables-32] 32,0 ^32,1 ^32,2 ^32,3 ^32,4 et ^32,5 Voir le paragraphe « définition de la différentielle d'une fonction de deux variables indépendantes » plus haut dans ce chapitre $\;{\bigg \{}$ on rappelle que « $\;{f'}_{\!x}=\left({\dfrac {\partial f}{\partial x}}\right)_{\!y}=$ $\partial _{x}f\;$ » et que « $\;{f'}_{\!y}=\left({\dfrac {\partial f}{\partial y}}\right)_{\!x}=\partial _{y}f\;$ » ${\bigg \}}$ .

[33] On rappelle que les éléments différentiels $\;dx\;$ et $\;dy\;$ représentent en mathématique n'importe quelles variations mais en physique ce sont toujours des infiniment petits ; il serait plus précis d'écrire $\;df(x_{0}\,,\,y_{0})={f'}_{\!x}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dx+{f'}_{\!y}(x_{0}\,,\,y_{0})\;dy\;$ mais on ne le fait jamais.

[définition_de_la_différentielle_d'une_fonction_d'une_variable-34] 34,0 et ^34,1 Voir le paragraphe « différentielle d'une fonction scalaire d'une variable (définition) » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».

[35] Par $\;u_{0}=\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})$ .

[fonction_vectorielle-36] 36,0 ^36,1 ^36,2 et ^36,3 La fonction $\;g=\left\lbrace g_{1}\,,\,g_{2}\right\rbrace \;$ étant définie par deux composantes pourrait être qualifiée de « vectorielle $\;{\big (}$ d'un espace à deux dimensions ${\big )}\;$ », les fonctions vectorielles d'un espace à trois dimensions étant définies dans le paragraphe « définition d'un champ (ou fonction) vectoriel(le) de l'espace dans lequel on a choisi une base cartésienne pour repérer les points » du chap. $13$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».

[dérivabilité_d'une_fonction_vectorielle-37] 37,0 et ^37,1 La notion de dérivabilité d'une fonction vectorielle d'un espace à deux dimensions se déduisant aisément de celle d'un espace à trois dimensions, voir le paragraphe « définition de la dérivée et de la différentielle d'une fonction vectorielle par choix d'une base dans l'espace physique incluant l'espace image de la fonction vectorielle » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».

[définition_de_la_différentielle_d'une_fonction_vectorielle_d'une_variable-38] Voir le paragraphe « définition intrinsèque de la différentielle d'une fonction vectorielle d'une variable » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) », un couple de fonctions scalaires d'une variable réelle pouvant être considéré comme les composantes d'une fonction vectorielle de cette variable réelle à image dans un espace à deux dimensions.

[39] Ces expressions découlant de $\;\left(x\,,\,y\right)=\left\lbrace g_{1}(t)\,,\,g_{2}(t)\right\rbrace$ .

[40] Par $\;\left(x_{0}\,,\,y_{0}\right)=\left\lbrace g_{1}(t_{0})\,,\,g_{2}(t_{0})\right\rbrace$ .

[fonction_vectorielle_-_bis-41] 41,0 ^41,1 ^41,2 et ^41,3 La fonction $\;\varphi =\left\lbrace \varphi _{1}\,,\,\varphi _{2}\right\rbrace \;$ étant définie par deux composantes pourrait être qualifiée de « vectorielle $\;{\big (}$ d'un espace à deux dimensions ${\big )}\;$ », les fonctions vectorielles d'un espace à trois dimensions étant définies dans le paragraphe « définition d'un champ (ou fonction) vectoriel(le) de l'espace dans lequel on a choisi une base cartésienne pour repérer les points » du chap. $13$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) ».

[dérivabilité_partielle_d'une_fonction_vectorielle-42] Une fonction vectorielle d'un espace à deux dimensions $\;{\big (}$ comme d'un espace à trois dimensions ${\big )}\;$ pouvant être définie par la donnée de ses composantes sur une base cartésienne de l'espace $\;{\big (}$ voir la note « ⁴¹ » plus haut dans ce chapitre ${\big )}$ , la notion de dérivabilité partielle d'une telle fonction se déduit de celle de ses composantes, voir le paragraphe « définition de la dérivée et de la différentielle d'une fonction vectorielle par choix d'une base dans l'espace physique incluant l'espace image de la fonction vectorielle » du chap. $4$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) » ainsi que le paragraphe « définition des dérivées partielles » plus haut dans ce chapitre.

[à_v_figé-43] 43,0 et ^43,1 Sous entendu « à $\;v\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.

[à_u_figé-44] 44,0 et ^44,1 Sous entendu « à $\;u\;$ figé », abus d'omission possible car il n'y a que deux variables, la dérivation partielle par rapport à l'une d'elle se fait nécessairement en figeant l'autre.

[dérivabilité_partielle_d'une_fonction_scalaire-45] Voir le paragraphe « définition des dérivées partielles » plus haut dans ce chapitre.

[définition_de_la_différentielle_d'une_fonction_vectorielle_de_plusieurs_variables-46] Voir le paragraphe « écriture de la différentielle du champ (ou de la fonction) vectoriel(le) de l'espace, une base cartésienne de ce dernier ayant été choisie » du chap. $13$ de la leçon « Outils mathématiques pour la physique (PCSI) » $\;{\big \{}$ exposé en dimension trois et utilisé en dimension deux ${\big \}}$ , un couple de fonctions scalaires de deux variables réelles indépendantes pouvant être considéré comme les composantes d'une fonction vectorielle de ces deux variables réelles à image dans un espace à deux dimensions.

[47] Avec $\;\varphi (x_{0}\,,\,y_{0})=\left\lbrace \varphi _{1}(x_{0}\,,\,y_{0})\,,\,\varphi _{2}(x_{0}\,,\,y_{0})\right\rbrace$ .

[48] Ces expressions découlant de $\;\left(u\,,\,v\right)=\left\lbrace \varphi _{1}(x\,,\,y)\,,\,\varphi _{2}(x\,,\,y)\right\rbrace$ .

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