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 canette de soda à 5 °C est sortie du réfrigérateur dans une pièce à 27 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Avec k = 0,09 min⁻¹, trouvez sa température T au bout de 27 min.
La région entre la droite y = 3x et la parabole y = 3x² tourne autour de l’axe des x. Trouvez le volume V du solide.
y = 3xy = 3x²
V =
5.DérivéesMoyen
Soit f(x) = (−2x + 3)4. Calcule f′(2).
f(x) = (−2x + 3)4x = 2
f′(2) =
6.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 + 6x2 + 9x + 6. Trouve l'abscisse x du minimum local.
f(x) = x3 + 6x2 + 9x + 6
x =
7.Méthodes numériquesMoyen
Approchez ∫01,5 √(1 + x³) dx par la méthode de Simpson avec n = 6 bandes. Donnez S.
f(x) = √(1 + x³)[a, b] = [0, 1,5]n = 6
S =
8.Méthodes numériquesDifficile
Utilisez la méthode de Heun (Euler amélioré) avec h = 0,1 pour y′ = cos t − y, y(0) = 0,5 afin d’estimer y3 ≈ y(0,3).
y′ = cos t − yy(0) = 0,5h = 0,1
y3 =
3Solutions
1.Équations différentielles
Réponse: T = 25,06 °C
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.
Solution de la loi de refroidissement
T(t) = 27 + (−22)·e−0,09t
Remplacer t
T(27) = 27 + (−22)·0,08804 = 25,06 °C
Réponse
T = 25,06 °C
2.Équations différentielles
Réponse: y(0.5) = 1,949
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 = e2t
(e2ty)′ = 2et
Solution générale
y = 2/1·e−t + C·e−2t = 2·e−t + C·e−2t
Condition initiale
4 = 2 + C → C = 2
Évaluer
y(0,5) = 2·0,6065 + 2·0,3679 = 1,949
Réponse
y(0,5) = 1,949
3.Intégrales
Réponse: I = 23,5
Intégration par parties : ∫u·dv = u·v − ∫v·du, issue de la règle du produit. Choisissez pour u le facteur qui se simplifie quand on le dérive (une puissance de x, ou ln x), et pour dv le facteur que vous savez intégrer (eˣ, sin x, cos x, ou x lorsque u = ln x). Pour une intégrale définie, évaluez u·v aux deux bornes : ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Un facteur x² demande deux étapes.
Choisir u et dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Primitive
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Limites
(18·ln 6 − 9) − (0 − 0,25) = 23,5
Réponse
I = 23,5
4.Intégrales
Réponse: V = 3,77
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
3x = 3x² → x = 0, x = 1
Méthode des rondelles
V = π∫₀1 ((3x)² − (3x²)²) dx
Intégrer
V = π(9·1³/3 − 9·1⁵/5) = π·1,2 = 3,77
Réponse
V = 3,77
5.Dérivées
Réponse: f′(2) = 8
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
f′(x) = 4·(−2x + 3)3·(−2)
Remplacer
f′(2) = 4·(−1)3·(−2) = 8
Réponse
f′(2) = 8
6.Dérivées
Réponse: x = −1
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 + 12x + 9 = 3·(x2 + 4x + 3)
Résoudre f′(x) = 0
x = −3 ou x = −1
Lequel est lequel
f″(x) = 6x + 12 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(−3) = −6, f″(−1) = 6
x = −1
Réponse
x = −1
7.Méthodes numériques
Réponse: S = 1,976
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.
Cette intégrale n’a pas de primitive élémentaire, ce qui est exactement le cas où une méthode numérique est nécessaire.
8.Méthodes numériques
Réponse: y3 = 0,625
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.