Décidez quelle forme convient à l’opération : rectangulaire a + jb pour additionner et soustraire, polaire r∠θ pour multiplier, diviser, élever à une puissance et extraire des racines.
Développez avec j² = −1 ; divisez en multipliant le haut et le bas par le conjugué du dénominateur.
Convertissez avec r = √(a² + b²) et θ d’après une esquisse du point (vérifiez le quadrant), et revenez avec a = r cos θ, b = r sin θ.
Pour les puissances, utilisez De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ ; pour zⁿ = R∠φ, listez les n racines R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Équations différentielles
Croissance/décroissance exponentielle
dy/dt = ky → y = y0ekt
Demi-vie
k = ln 2 / t½
Loi de refroidissement de Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Facteur intégrant
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Cuve de mélange
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Matrices et déterminants
déterminant 2×2
det = ad − bc
Inverse d’une matrice 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produit
(AB)ij = Σk AikBkj
Valeurs propres
det(A − λI) = 0
Règle de Cramer
xi = det(Ai)/det(A)
Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Norme
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vecteur unitaire
û = a/|a|
Composantes à partir d’un angle
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Produit scalaire
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Projection scalaire de a sur b
a·b/|b|
Travail
W = F·d
Produit vectoriel
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Aires
parallélogramme |a × b|, triangle ½|a × b|
Moment par rapport à O
MO = r × F, r = A − O
Volume d’un parallélépipède
V = |a·(b × c)|
Méthode
Écrivez chaque vecteur en composantes ; pour une force donnée par une norme et un angle, utilisez F·cos θ et F·sin θ.
Pour les longueurs et les directions, utilisez la norme √(x² + y² + z²) et le vecteur unitaire a/|a|.
Utilisez le produit scalaire pour les angles, les projections, la perpendicularité et le travail : a·b = |a||b|cos θ.
Utilisez le produit vectoriel pour les vecteurs perpendiculaires, les aires et les moments : écrivez soigneusement les trois composantes, en gardant l’ordre a × b.
Probabilités
Complémentaire
P(not A) = 1 − P(A)
Formule d’addition
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Événements indépendants
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilité conditionnelle
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Loi binomiale
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Statistique descriptive
Moyenne
x̄ = Σx/n
Écart-type d’échantillon
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Médiane
valeur du milieu des données triées
Score z
z = (x − μ)/σ
Loi normale
68% dans ±1σ, 95% dans ±2σ
Loi normale
Score z
z = (x − μ)/σ
En dessous de x
P(X < x) = Φ(z)
Au-dessus de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre deux valeurs
Φ(z2) − Φ(z1)
Centile
x = μ + z·σ
Méthode
Convertissez la valeur en score z : z = (x − μ)/σ.
Lisez Φ(z), l’aire à gauche de z.
Pour l’aire à droite, utilisez 1 − Φ(z) ; pour un intervalle, soustrayez les deux aires à gauche.
Pour un centile, procédez à l’envers : trouvez z pour l’aire, puis x = μ + z·σ.
2Exercices
1.LimitesMoyen
Trouvez la limite L = limx→∞ (−6x3 − 4x − 3)/(5x3 + 5x + 6).
f(x) = (−6x3 − 4x − 3)/(5x3 + 5x + 6)x → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(4x²), avec x en radians.
f(x) = (1 − cos 4x)/(4x²)x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = ln(x2 + 1). Calcule f′(−1).
f(x) = ln(x2 + 1)x = −1
f′(−1) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 + 9x2 + 24x + 2. Trouve l'abscisse x du maximum local.
f(x) = x3 + 9x2 + 24x + 2
x =
5.IntégralesMoyen
Calcule I = ∫01 e0,5x dx.
f(x) = e0,5x[0, 1]
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine délimité par y = 2x2 et y = 2x.
y = 2x2y = 2x
A =
7.Nombres complexesMoyen
Le plan montre z = 3 − j4. Avec w = 2∠90°, cliquez sur le point qui représente z·w.
z = 3 − j4w = 2∠90°
1A (8 + j6)
2B (6 − j8)
3C (−8 − j6)
4D (4 + j3)
8.Nombres complexesDifficile
Utilisez le théorème de De Moivre pour trouver la partie imaginaire de z⁵ pour z = −1 + j.
z = −1 + jn = 5
Im(z⁵) =
9.Équations différentiellesMoyen
Une tasse de café à 91 °C est laissée dans une pièce à 22 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Avec k = 0,07 min⁻¹, trouvez sa température T au bout de 25 min.
T0 = 91 °CTa = 22 °Ck = 0,07 min⁻¹t = 25 min
T = °C
10.Équations différentiellesDifficile
Une cuve contient 200 L d’eau pure. De la saumure contenant 0,1 kg de sel par litre entre à 5 L/min, et la solution bien mélangée sort au même débit. Quelle quantité de sel m la cuve contient-elle au bout de 35 min ?
V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 5 L/min
m = kg
11.Matrices et déterminantsMoyen
Soit C = AB pour les matrices représentées. Trouve le coefficient c12 (ligne 1, colonne 2).
A = [−4 1; −5 5]B = [−4 −5; −1 −6]
c12 =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Trouve la plus grande valeur propre λ de la matrice A représentée.
A = [4 6; 1 3]
λ =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez la valeur de k pour laquelle les vecteurs a = (1, −6, −4) et b = (−6, 0, k) sont perpendiculaires.
a = (1, −6, −4)b = (−6, 0, k)
k =
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Trouvez le volume V du parallélépipède dont les arêtes issues d’un sommet sont a = (−5, −4, −2), b = (4, −1, −4) et c = (−3, 4, 1).
a = (−5, −4, −2)b = (4, −1, −4)c = (−3, 4, 1)
V =
15.ProbabilitésMoyen
De combien de façons N peut-on choisir un comité de 2 personnes parmi un groupe de 14 ? L'ordre ne compte pas.
n = 14k = 2
N =
16.ProbabilitésDifficile
Un test comporte 5 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,2, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 3 bonnes réponses ?
n = 5p = 0,2k = 3
P =
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 10, 20, 18, 48, 59, 39.
n = 6
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Une grandeur suit une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 5. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 94 ?
μ = 100σ = 5x = 94
P =
19.Loi normaleMoyen
Les masses de passagers avec bagages sont indépendantes et normales, de moyenne 85 kg et d’écart-type 12 kg. Trouvez la probabilité P que la masse totale de 5 d’entre eux dépasse 465,2 kg. Arrondissez z à deux décimales.
μ = 85 kgσ = 12 kgn = 5> 465,2 kg
P =
20.Loi normaleDifficile
La masse X d’un produit de la ligne 1 et Y d’un produit de la ligne 2 sont indépendantes et normales : X a pour moyenne 500 g et pour écart-type 8 g, Y a pour moyenne 490 g et pour écart-type 6 g. Trouvez la probabilité P que X soit supérieure à Y. Arrondissez z à deux décimales.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = −1,2
Limites : essayez d’abord la substitution directe. Si elle donne 0/0, simplifiez d’abord : factorisez et simplifiez le facteur commun, ou multipliez par l’expression conjuguée. Quand x → ∞, divisez le numérateur et le dénominateur par la plus grande puissance de x. Règle de L'Hôpital : si f/g donne 0/0 ou ∞/∞, alors lim f/g = lim f′/g′, en dérivant séparément le numérateur et le dénominateur (pas avec la règle du quotient).
Diviser par la plus grande puissance
(−6 + (−4)/x2 + (−3)/x3)/(5 + 5/x2 + 6/x3)
Faire tendre x → ∞
L = −6/5 = −1,2
Réponse
L = −1,2
À degrés égaux, la limite est le rapport des coefficients dominants.
2.Limites
Réponse: L = 2
Limites : essayez d’abord la substitution directe. Si elle donne 0/0, simplifiez d’abord : factorisez et simplifiez le facteur commun, ou multipliez par l’expression conjuguée. Quand x → ∞, divisez le numérateur et le dénominateur par la plus grande puissance de x. Règle de L'Hôpital : si f/g donne 0/0 ou ∞/∞, alors lim f/g = lim f′/g′, en dérivant séparément le numérateur et le dénominateur (pas avec la règle du quotient).
Première application
4·sin 4x/(8x) → 0/0
Seconde application
16·cos 4x/8
Remplacer x par 0
L = 16/8 = 2
Réponse
L = 2
3.Dérivées
Réponse: f′(−1) = −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.
Dérivation en chaîne du logarithme
f′(x) = 2x/(x2 + 1)
Remplacer
f′(−1) = −2/2 = −1
Réponse
f′(−1) = −1
4.Dérivées
Réponse: x = −4
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 + 18x + 24 = 3·(x2 + 6x + 8)
Résoudre f′(x) = 0
x = −4 ou x = −2
Lequel est lequel
f″(x) = 6x + 18 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(−4) = −6, f″(−2) = 6
x = −4
Réponse
x = −4
5.Intégrales
Réponse: I = 1,297
Intégrales définies : ∫ₐᵇ f(x) dx est l'aire algébrique entre le graphe et l'axe des x de a à b. Trouve une primitive F (avec F′ = f) et calcule F(b) − F(a). Règle des puissances : ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'aire entre deux courbes est ∫(haute − basse) dx.
Primitive
F(x) = e0,5x/0,5
Évaluer aux bornes
I = (e0,5 − 1)/0,5 = (1,649 − 1)/0,5 = 1,297
Réponse
I = 1,297
6.Intégrales
Réponse: A = 0,3333
Intégrales définies : ∫ₐᵇ f(x) dx est l'aire algébrique entre le graphe et l'axe des x de a à b. Trouve une primitive F (avec F′ = f) et calcule F(b) − F(a). Règle des puissances : ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'aire entre deux courbes est ∫(haute − basse) dx.
Points d'intersection
2x2 = 2x → x = 0, x = 1
Intégrer la haute moins la basse
A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333
Réponse
A = 0,3333
7.Nombres complexes
Réponse: A (8 + j6)
Forme polaire : z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, avec r = |z| et θ = arg z. Retour à la forme rectangulaire : a = r cos θ, b = r sin θ. L’argument demande le quadrant : θ = atan(b/a) seulement quand a > 0 ; pour a < 0, ajoutez ou soustrayez 180°. En forme polaire la multiplication est facile : multipliez les modules et additionnez les arguments ; pour une division, divisez les modules et soustrayez les arguments.
Effet de w
|z·w| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + 90°
Le point
z·w = 8 + j6 → A
Réponse
A (8 + j6)
8.Nombres complexes
Réponse: Im(z⁵) = −4
De Moivre et racines : (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. L’équation zⁿ = R∠φ a exactement n racines, toutes de module R1/n, aux arguments (φ + 360°·k)/n pour k = 0, 1, …, n − 1 : elles sont régulièrement réparties sur un cercle, espacées de 360°/n. Une équation du second degré z² + pz + q = 0 avec p² < 4q a les racines complexes z = −p/2 ± j√(q − p²/4) ; un polynôme à coefficients réels a toujours ses racines complexes par paires conjuguées a ± jb.
Forme polaire
z = −1 + j = √2∠135°
De Moivre
z⁵ = (√2)⁵∠675° = 5,657∠−45°
Forme rectangulaire
z⁵ = 5,657·(cos −45° + j sin −45°) = 4 − j4
Im(z⁵) = −4
Réponse
Im(z⁵) = −4
9.Équations différentielles
Réponse: T = 33,99 °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) = 22 + 69·e−0,07t
Remplacer t
T(25) = 22 + 69·0,1738 = 33,99 °C
Réponse
T = 33,99 °C
10.Équations différentielles
Réponse: m = 11,66 kg
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.
Mettre en équation
dm/dt = 5·0,1 − (5/200)·m = 0,5 − 0,025·m
Résoudre
Le facteur intégrant est ert/V ; la solution tend vers l’équilibre c·V.
m(t) = 20 + (−20)·e−t/40
Remplacer t
m(35) = 20 + (−20)·0,4169 = 11,66 kg
Réponse
m = 11,66 kg
11.Matrices et déterminants
Réponse: c12 = 14
Matrices : le déterminant d'une matrice 2×2 est ad − bc. Pour une 3×3, développe selon une ligne : chaque coefficient multiplié par le déterminant de la matrice 2×2 qui reste après avoir rayé sa ligne et sa colonne, avec des signes alternés + − +. Les valeurs propres λ vérifient det(A − λI) = 0 ; en 2×2 c'est λ² − (trace)·λ + det = 0.
Ligne fois colonne
c12 = (−4)·(−5) + 1·(−6) = 14
Réponse
c12 = 14
12.Matrices et déterminants
Réponse: λ = 6
Matrices : le déterminant d'une matrice 2×2 est ad − bc. Pour une 3×3, développe selon une ligne : chaque coefficient multiplié par le déterminant de la matrice 2×2 qui reste après avoir rayé sa ligne et sa colonne, avec des signes alternés + − +. Les valeurs propres λ vérifient det(A − λI) = 0 ; en 2×2 c'est λ² − (trace)·λ + det = 0.
Équation caractéristique
λ² − (7)λ + (6) = 0
Résoudre
λ = (7 ± √(25))/2 → λ = 1, 6
λ = 6
Réponse
λ = 6
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: k = −1,5
Dot product:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.
Produit scalaire égal à zéro
a·b = 1·(−6) + (−6)·0 + (−4)·k = 0
−6 + (−4)·k = 0
Résoudre pour k
k = −(−6)/(−4) = −1,5
Réponse
k = −1,5
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: V = 133
Cross product:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.
Produit vectoriel b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = (−1)·1 − (−4)·4 = 15
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−4)·(−3) − 4·1 = 8
(b × c)z = bxcy − bycx = 4·4 − (−1)·(−3) = 13
Produit scalaire avec a
a·(b × c) = (−5)·15 + (−4)·8 + (−2)·13 = −133
V = |−133| = 133
Réponse
V = 133
15.Probabilités
Réponse: N = 91
Probabilités : avec des issues équiprobables, P(A) = cas favorables/cas possibles. Pour des événements indépendants, on multiplie : P(A et B) = P(A)·P(B). Le complémentaire aide souvent : P(au moins un) = 1 − P(aucun). Loi binomiale : pour n épreuves indépendantes de probabilité de succès p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Combinaisons
C(14, 2) = (14·13)/(2·1) = 91
Réponse
N = 91
16.Probabilités
Réponse: P = 0,0512
Probabilités : avec des issues équiprobables, P(A) = cas favorables/cas possibles. Pour des événements indépendants, on multiplie : P(A et B) = P(A)·P(B). Le complémentaire aide souvent : P(au moins un) = 1 − P(aucun). Loi binomiale : pour n épreuves indépendantes de probabilité de succès p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Formule binomiale
P(X = 3) = 10·0,23·0,82 = 10·0,008·0,64 = 0,0512
Réponse
P = 0,0512
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 19,27
Statistique descriptive : la moyenne est la somme divisée par n ; la médiane est la valeur du milieu des données triées (la moyenne des deux valeurs du milieu si n est pair). L'écart-type d'échantillon est s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un score z = (x − μ)/σ indique à combien d'écarts-types une valeur se trouve de la moyenne.
Statistique descriptive : la moyenne est la somme divisée par n ; la médiane est la valeur du milieu des données triées (la moyenne des deux valeurs du milieu si n est pair). L'écart-type d'échantillon est s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un score z = (x − μ)/σ indique à combien d'écarts-types une valeur se trouve de la moyenne.
Centrer-réduire
z = −1,2
Table de la loi normale
Φ(−1,2) = 0,1151
P = 0,1151
Réponse
P = 0,1151
19.Loi normale
Réponse: P = 0,06681
Sommes et différences de variables normales : si X et Y sont indépendantes et normales, X + Y et X − Y sont aussi normales. Les moyennes s’additionnent ou se soustraient : E(X ± Y) = μX ± μY. Les variances s’additionnent toujours, même pour une différence : Var(X ± Y) = σX² + σY², donc σ = √(σX² + σY²). Les écarts-types ne s’additionnent jamais directement. Le total de n éléments indépendants de même loi a pour moyenne n·μ et pour écart-type σ·√n. Centrez et réduisez ensuite comme d’habitude : z = (x − moyenne)/σ et lisez Φ(z).
Loi du total
μT = 425 kg, σT = 12·√5 = 26,83 kg
Centrer-réduire
z = (465,2 − 425)/26,83 = 1,5
Probabilités
P = 1 − Φ(1,5) = 0,06681
Réponse
P = 0,06681
20.Loi normale
Réponse: P = 0,8413
Sommes et différences de variables normales : si X et Y sont indépendantes et normales, X + Y et X − Y sont aussi normales. Les moyennes s’additionnent ou se soustraient : E(X ± Y) = μX ± μY. Les variances s’additionnent toujours, même pour une différence : Var(X ± Y) = σX² + σY², donc σ = √(σX² + σY²). Les écarts-types ne s’additionnent jamais directement. Le total de n éléments indépendants de même loi a pour moyenne n·μ et pour écart-type σ·√n. Centrez et réduisez ensuite comme d’habitude : z = (x − moyenne)/σ et lisez Φ(z).