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Cours de Mathématiques appliquées à l'économie – Licence 1

Les fonctions d'une variable servent à modéliser les relations économiques : demande, coût, recette, production. La dérivée mesure la variation instantanée d'une fonction : elle donne le coût marginal, la recette marginale, la tangente à une courbe et le sens de variation. Ce chapitre rappelle les dérivées usuelles et les règles de calcul (somme, produit, quotient, composée), l'étude des…

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Programme : les chapitres

1. Fonctions et dérivées
Les fonctions d'une variable servent à modéliser les relations économiques : demande, coût, recette, production. La dérivée mesure la variation instantanée d'une fonction : elle…
2. Optimisation
L'optimisation est l'outil central de l'économie : le consommateur maximise son utilité, la firme maximise son profit ou minimise ses coûts. Ce chapitre présente la recherche…
3. Suites et intérêts
Les suites numériques décrivent des grandeurs qui évoluent période après période : salaires, populations, capitaux placés. Les suites arithmétiques (accroissement constant) et…
4. Matrices
Une matrice est un tableau de nombres qui permet de traiter ensemble de nombreuses données économiques : quantités, prix, coefficients techniques. Ce chapitre présente les…
5. Probabilités d'initiation
Les probabilités permettent de raisonner en situation d'incertitude : risque de défaut d'un client, qualité d'un lot, gain d'un projet. Ce chapitre introduit l'univers et les…

Chapitre à lire gratuitement : Fonctions et dérivées

1. Fonctions numériques : vocabulaire

Une fonction f associe à tout réel x de son ensemble de définition D un unique réel f(x). En économie, la variable x peut être un prix, une quantité, un revenu, et f(x) une demande, un coût ou une utilité.

Exemples de fonctions usuelles : fonction affine f(x) = ax + b (demande linéaire), puissance f(x) = x^n, racine carrée, inverse f(x) = 1/x (hyperbole), exponentielle e^x (croissance continue), logarithme népérien ln x (défini pour x > 0).

2. Dérivée : définition et interprétation

Définition : la dérivée de f en a est la limite, si elle existe, du taux d'accroissement :

f'(a) = lim (h → 0) de [f(a + h) − f(a)] / h

Interprétation géométrique : f'(a) est la pente de la tangente à la courbe au point d'abscisse a. Équation de la tangente : y = f(a) + f'(a)(x − a).

Interprétation économique : si C(q) est le coût de production, C'(q) est le coût marginal ; si R(q) est la recette, R'(q) est la recette marginale. Pour une petite variation h, f(a + h) ≈ f(a) + f'(a)·h.

3. Dérivées usuelles

4. Règles de calcul

Exemples : (x·e^x)' = e^x(1 + x) ; (x/(x + 1))' = 1/(x + 1)² ; (ln(x² + 1))' = 2x/(x² + 1) ; ((2x + 1)^5)' = 10(2x + 1)^4.

5. Sens de variation et extrema

Propriété : si f' > 0 sur un intervalle, f est croissante ; si f' < 0, f est décroissante. Si f' s'annule en changeant de signe en a, f présente un extremum local en a.

Exemple : f(x) = x³ − 6x² + 9x. f'(x) = 3x² − 12x + 9 = 3(x − 1)(x − 3). Donc f croît sur ]−∞ ; 1], décroît sur [1 ; 3] et croît sur [3 ; +∞[. Maximum local f(1) = 4, minimum local f(3) = 0.

6. Dérivée seconde et convexité

La dérivée seconde f'' est la dérivée de f'. Si f'' > 0, f est convexe (courbe au-dessus de ses tangentes) ; si f'' < 0, elle est concave. Un point où f'' change de signe est un point d'inflexion. Dans l'exemple précédent, f''(x) = 6x − 12 s'annule en x = 2 : point d'inflexion, f(2) = 2.

En économie, une fonction d'utilité concave traduit l'utilité marginale décroissante ; une fonction de coût convexe traduit des coûts marginaux croissants.

7. Élasticité

Définition : l'élasticité de f par rapport à x est E = f'(x)·x / f(x). Elle mesure la variation relative de f pour une variation relative de 1 % de x.

Exemples : pour Q = 100 − 2P, E = −2P/(100 − 2P). Pour Q = A·P^(−b), E = −b : élasticité constante. Pour D(p) = 100·e^(−0,05p), E = −0,05p.

8. Application : coût moyen minimal

Pour C(q) = q³ − 6q² + 15q + 100, le coût marginal est Cm(q) = 3q² − 12q + 15, toujours positif (discriminant 144 − 180 < 0). Le coût moyen CM(q) = q² − 6q + 15 + 100/q a pour dérivée (2q³ − 6q² − 100)/q², nulle pour q = 5. Alors CM(5) = 30 et Cm(5) = 75 − 60 + 15 = 30 : le coût marginal coupe le coût moyen en son minimum.

9. Retenir l'essentiel

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