Estimer par approximation linéaire la valeur de…
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 20 — Fonctions de deux variables · B. Dérivées partielles, plan tangent, gradient
Énoncé
Estimer par approximation linéaire la valeur de et comparer à la valeur exacte.
Corrigé
Stratégie : le plan tangent comme instrument de calcul. L'approximation linéaire, c'est le développement limité à l'ordre — on remplace la surface par son plan tangent au voisinage d'un point où tout est simple.
1) Le bon point de base. Posons , de classe sur . On choisit le point — le seul voisin où le calcul est exact :
2) Le gradient. Pour , (ce gradient est unitaire, ce qui est normal : est la norme, qui croît de par unité de longueur parcourue radialement).
3) Le développement limité à l'ordre 1. Ici avec , et avec . D'où
⚠️ Le point délicat : le SIGNE de . est en dessous de , donc est négatif. C'est là que se produit la moitié des erreurs sur ce type de calcul — et le résultat est très sensible : avec on trouverait , faux de .
⚠️ Second point : on choisit le point de base pour que y soit calculable exactement, et aussi proche que possible du point visé. s'impose ici à cause du triangle --.
Contrôle. La valeur exacte est L'erreur commise vaut , soit en valeur relative ✓. Elle est bien d'ordre comme le prévoit la théorie — l'approximation linéaire tue un ordre de grandeur.
Ce que l'exercice installe : le plan tangent n'est pas qu'un objet de géométrie, c'est la méthode de calcul approché en plusieurs variables. C'est aussi elle qui, en physique, produit les formules de propagation des incertitudes : .
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.