Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Un petit calcul de différentielle

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Solution by Ancient Tree · FR

Pour calculer une différentielle, un premier réflexe à avoir est de développer la fonction autour du point considéré, ici un point quelconque (x,y)(x,y). On pose donc (h,k)∈R2(h,k)\in \R^{2} et on considère :
f((x,y)+(h,k))=f(x+h,y+k)=(x+h)2+(y+k)2=x2+2xh+h2+y2+2yk+k2.f((x,y)+(h,k))=f(x+h,y+k)=(x+h)^{2}+(y+k)^{2}=x^{2}+2xh+h^{2}+y^{2}+2yk+k^{2}.Mais là-dedans, on reconnaît x2+y2=f(x,y)x^{2}+y^{2}=f(x,y) !

On a donc
f((x,y)+(h,k))=f(x,y)+2xh+2yk+h2+k2.f((x,y)+(h,k))=f(x,y)+2xh+2yk+h^{2}+k^{2}.Parmi les termes additionnels, on remarque que 2xh+2yk2xh+2yk est une application linéaire en (h,k)(h,k) (avec (x,y)(x,y) fixé).
Finalement, h2+k2h^{2}+k^{2} est un terme que l’on va considérer comme négligeable (comme justifié ci-dessous).

Ainsi, la différentielle est l’application df(x,y)(h,k)=2xh+2ykdf_{(x,y)}(h,k)=2xh+2yk, ce que l’on note de manière plus concise comme :
df(x,y)=2xdx+2ydy.df_{(x,y)}=2xdx+2ydy.

Pourquoi h2+k2h^{2}+k^{2} est négligeable ?

Par définition de la différentielle, le terme restant doit être un o(∥(h,k)∥)o(\|(h,k)\|) lorsque (h,k)→(0,0)(h,k)\to(0,0).
(Ceci est la notation du petit o).

Or, pour la norme euclidienne, ∥(h,k)∥=h2+k2.\|(h,k)\|=\sqrt{h^2+k^2}.
Ainsi, pour (h,k)≠(0,0)(h,k)\neq(0,0),
h2+k2∥(h,k)∥=h2+k2→(h,k)→(0,0)0.\frac{h^2+k^2}{\|(h,k)\|}=\sqrt{h^2+k^2}\xrightarrow[(h,k)\to(0,0)]{}0.Donc
h2+k2=o(∥(h,k)∥).h^2+k^2=o(\|(h,k)\|).

C’est précisément ce qui permet de négliger ce terme et de conclure que la partie linéaire identifiée est bien la différentielle.

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