Fonctions usuelles

5         Fonctions puissances

5.1      Définition

Définition :

Une fonction puissance est une fonction dépendant d’un paramètre réel quelconque  et définie sur  par :

 

L’étude des limites aux bornes de l’intervalle de définition dépende du signe de m :

-         Si , alors  et

-         Si , alors  et

Une fonction puissance est définie, continue et dérivable pour tout  :

Ainsi, les variations de la fonction puissance dépendent du signe de m :

 

Propriété :

 

5.2      Fonction um

Définition :

m étant un réel et u une fonction définie et strictement positive sur une partie , la fonction  est définie sur D par :

 

D’après le théorème de dérivation d’une fonction composée (Chapitre 3, § 4.3), il vient :

Proposition :

m étant un réel et u une fonction dérivable et strictement positive sur un intervalle I de , alors la fonction  est dérivable sur I et :

           

 

Exemple 1

Cas particulier :

Soient  et f une fonction définie sur  par  : .

f est dérivable sur  et  avec . Ainsi, par définition de la dérivabilité de f en 0, on obtient :

Ceci peut encore s’écrire  avec .

La fonction  constitue donc une approximation affine de la fonction  au voisinage de 0.

 

Proposition :

m étant un réel  et u une fonction dérivable et strictement positive sur un intervalle I de , alors la fonction  admet pour primitive sur I la fonctiont :

           

 

5.3      Croissances comparées

Théorème :

·        Si , alors  et

·        Si , alors  et

 

Démonstration

Remarque :

Pour , en écrivant , on obtient :

 avec  ou

Exemple 2

5.4      Un exemple d’application en Biologie : la relation allométrique

L’allométrie est l’étude des tailles relatives des différentes parties d’un organisme, sous l’influence de la croissance. Classiquement, on cherche à relier la taille et le poids d’un individu.

On doit à Huxley (1932) la relation (ou équation) allométrique de base :

X représente par exemple le poids et Y la taille.  et  sont deux paramètres réels dont la valeur va dépendre de l’espèce étudiée.

L’intérêt de cette relation est que l’on peut la linéariser :

Ainsi, vous verrez dans votre cours de Probabilités – Statistiques en 2ème année de Deug SV, comment on peut obtenir des estimations des paramètres  et  à partir d’un jeu de données expérimentales.

Huxley donne l’exemple de la relation qui existe entre le poids des pinces de crabes (« fiddler-crab » et leur masse corporelle.

Voici une représentation graphique des données expérimentales brutes :

 


Voici une représentation graphique des données transformées en logarithme népérien :

 

 

La droite bleue permet de vérifier la linéarité de la relation entre les deux grandeurs, poids des pinces de homard, et masse corporelle, en coordonnées logarithme népérien.