Pour une racine : vérifiez le changement de signe pour la dichotomie, ou calculez f et f′ pour Newton, et gardez six chiffres ou plus dans un tableau d’itérés.
Pour une valeur de tableau : interpolez linéairement entre les deux points voisins.
Pour une intégrale : trouvez h = (b − a)/n, listez f en chaque nœud, appliquez les poids (1, 2, …, 2, 1 pour les trapèzes ; 1, 4, 2, …, 4, 1 pour Simpson avec n pair) et multipliez par h/2 ou h/3.
Pour une équation différentielle : avance depuis t₀ avec yₙ₊₁ = yₙ + h·f(tₙ, yₙ) (Euler) ou la pente moyenne (Heun), une ligne par pas, jusqu’à atteindre le t demandé.
2Exercices
1.Équations différentiellesMoyen
Une pièce d’acier forgé à 440 °C refroidit dans un atelier à 30 °C. Au bout de 47 min, sa température est de 190 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Combien de temps après le début, t, lui faut-il pour atteindre 340 °C ?
T0 = 440 °CTa = 30 °CT(47) = 190 °CT = 340 °C
t = min
2.Équations différentiellesDifficile
Résolvez le problème de Cauchy y′ + y/x = 2x2 pour x > 0, avec y(1) = 4. Trouvez y(3).
y′ + y/x = 2x2y(1) = 4
y(3) =
3.IntégralesMoyen
La région sous y = √(4x) de x = 0 à x = 1 tourne autour de l’axe des x. Trouvez le volume V du solide (un paraboloïde).
y = √(4x)0 ≤ x ≤ 1
V =
4.IntégralesDifficile
La région entre la droite y = 2x et la parabole y = x² tourne autour de l’axe des x. Trouvez le volume V du solide.
y = 2xy = x²
V =
5.DérivéesMoyen
Soit f(x) = ln(x2 + 4). Calcule f′(3).
f(x) = ln(x2 + 4)x = 3
f′(3) =
6.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 − 4,5x2 + 6x + 1. Trouve l'abscisse x du minimum local.
f(x) = x3 − 4,5x2 + 6x + 1
x =
7.Méthodes numériquesMoyen
La vitesse d’un véhicule est mesurée toutes les 2 s (tableau). Estimez la distance s parcourue de t = 0 à t = 8 s avec la méthode des trapèzes.
h = 2 sn = 4
s = m
8.Méthodes numériquesDifficile
Utilisez la méthode de Heun (Euler amélioré) avec h = 0,1 pour y′ = e−ty, y(0) = 0 afin d’estimer y2 ≈ y(0,2).
y′ = e−tyy(0) = 0h = 0,1
y2 =
3Solutions
1.Équations différentielles
Réponse: t = 13,96 min
Équations différentielles du premier ordre : dy/dt = k·y a pour solution y = y₀·ekt (croissance pour k > 0, décroissance pour k < 0) ; une demi-vie T donne k = ln 2/T. La loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), donne T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Une équation linéaire y′ + p(x)·y = q(x) se résout avec le facteur intégrant μ = e∫p dx : (μy)′ = μq, donc μy = ∫μq dx + C.
Constante de refroidissement
k = ln(410/160)/47 = 0,02002 min⁻¹
Temps pour atteindre la valeur visée
t = ln(410/310)/0,02002 = 13,96 min
Réponse
t = 13,96 min
2.Équations différentielles
Réponse: y(3) = 14,67
Équations différentielles du premier ordre : dy/dt = k·y a pour solution y = y₀·ekt (croissance pour k > 0, décroissance pour k < 0) ; une demi-vie T donne k = ln 2/T. La loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), donne T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Une équation linéaire y′ + p(x)·y = q(x) se résout avec le facteur intégrant μ = e∫p dx : (μy)′ = μq, donc μy = ∫μq dx + C.
Facteur intégrant
μ = e∫1/x dx = x1
Intégrer
(x1y)′ = 2x3 → x1y = 2x4/4 + C
Condition initiale
4 = 2/4 + C → C = 3,5
Évaluer
y(3) = (2·34/4 + 3,5)/31 = 14,67
Réponse
y(3) = 14,67
3.Intégrales
Réponse: V = 6,283
Volumes de révolution : la rotation autour de l’axe des x de la région sous y = f(x), de x = a à x = b, engendre un solide dont la section en x est un disque de rayon f(x). La somme des disques donne V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Lorsque la région est comprise entre une courbe extérieure R(x) et une courbe intérieure r(x), chaque tranche est une rondelle : V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Élevez les rayons au carré avant de les soustraire.
Méthode des disques
V = π∫₀1 4x dx
Intégrer
V = π·4·1²/2 = 6,283
Réponse
V = 6,283
4.Intégrales
Réponse: V = 13,4
Volumes de révolution : la rotation autour de l’axe des x de la région sous y = f(x), de x = a à x = b, engendre un solide dont la section en x est un disque de rayon f(x). La somme des disques donne V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Lorsque la région est comprise entre une courbe extérieure R(x) et une courbe intérieure r(x), chaque tranche est une rondelle : V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Élevez les rayons au carré avant de les soustraire.
Points d'intersection
2x = 1x² → x = 0, x = 2
Méthode des rondelles
V = π∫₀2 ((2x)² − (1x²)²) dx
Intégrer
V = π(4·2³/3 − 1·2⁵/5) = π·4,267 = 13,4
Réponse
V = 13,4
5.Dérivées
Réponse: f′(3) = 0,4615
Dérivation : la dérivée f′(x) est la pente du graphe en x. Règle des puissances : (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Règle du produit : (uv)′ = u′v + uv′. Règle de dérivation en chaîne : (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Là où f′(x) = 0, le graphe a une tangente horizontale : un maximum, un minimum ou un point selle.
Dérivation en chaîne du logarithme
f′(x) = 2x/(x2 + 4)
Remplacer
f′(3) = 6/13 = 0,4615
Réponse
f′(3) = 0,4615
6.Dérivées
Réponse: x = 2
Dérivation : la dérivée f′(x) est la pente du graphe en x. Règle des puissances : (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Règle du produit : (uv)′ = u′v + uv′. Règle de dérivation en chaîne : (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Là où f′(x) = 0, le graphe a une tangente horizontale : un maximum, un minimum ou un point selle.
Dérivée
f′(x) = 3x2 − 9x + 6 = 3·(x2 − 3x + 2)
Résoudre f′(x) = 0
x = 1 ou x = 2
Lequel est lequel
f″(x) = 6x − 9 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(1) = −3, f″(2) = 3
x = 2
Réponse
x = 2
7.Méthodes numériques
Réponse: s = 86 m
Intégration numérique : découpe [a, b] en n bandes de largeur h = (b − a)/n avec les nœuds x₀ … xₙ. Méthode des trapèzes : T = (h/2)[f₀ + 2f₁ + 2f₂ + … + 2fn−1 + fₙ]. Méthode de Simpson (n pair) : S = (h/3)[f₀ + 4f₁ + 2f₂ + 4f₃ + … + 4fn−1 + fₙ]. L’erreur des trapèzes décroît comme h² (majoration (b − a)h²·M/12 avec M = max|f″|), celle de Simpson comme h⁴, donc Simpson est en général bien plus précise pour les mêmes nœuds.
Somme pondérée
7 + 2·12 + 2·11 + 2·9 + 15 = 86
Méthode des trapèzes
s = (2/2)·86 = 86 m
Réponse
s = 86 m
8.Méthodes numériques
Réponse: y2 = 0,1971
Résolution numérique de y′ = f(t, y) : la méthode d’Euler avance selon la pente au début de chaque pas : yn+1 = yₙ + h·f(tₙ, yₙ). La méthode de Heun (Euler amélioré) moyenne la pente au début et à une prédiction d’Euler : k₁ = f(tₙ, yₙ), k₂ = f(tₙ + h, yₙ + h·k₁), yn+1 = yₙ + (h/2)(k₁ + k₂). La méthode de Runge–Kutta classique (RK4) combine quatre pentes : yn+1 = yₙ + (h/6)(k₁ + 2k₂ + 2k₃ + k₄). L’erreur globale d’Euler est proportionnelle à h, celle de Heun à h², celle de RK4 à h⁴.