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→∞ (−5x2 − 6x + 8)/(x2 + 6x + 8).
f(x) = (−5x2 − 6x + 8)/(x2 + 6x + 8)x → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (e0,5x − 1 − 0,5x)/x².
f(x) = (e0,5x − 1 − 0,5x)/x²x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = x·sin(x), avec x en radians. Calcule f′(2).
f(x) = x·sin(x)x = 2 rad
f′(2) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 − 12x2 + 45x − 2. Trouve l'abscisse x du minimum local.
f(x) = x3 − 12x2 + 45x − 2
x =
5.IntégralesMoyen
Calculez I = ∫₀π x·cos x dx (x en radians).
∫₀π x·cos x dx
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine délimité par y = 0,5x2 et y = 2x.
y = 0,5x2y = 2x
A =
7.Nombres complexesMoyen
Soit z₁ = 3∠150° et z₂ = 0,5∠45°, trouvez la partie imaginaire de w = z₁·z₂.
z₁ = 3∠150°z₂ = 0,5∠45°
Im(w) =
8.Nombres complexesDifficile
Utilisez le théorème de De Moivre pour trouver la partie imaginaire de z⁸ pour z = −√3 + j.
z = −√3 + jn = 8
Im(z⁸) =
9.Équations différentiellesMoyen
Résolvez y″ + 8y′ + 15y = 0 avec y(0) = 1 et y′(0) = 0. Trouvez y(1).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(1) =
10.Équations différentiellesDifficile
Un système obéit à y″ + 2y′ + 5y = 10 pour t ≥ 0, à partir du repos : y(0) = 0, y′(0) = 0. Trouvez la valeur de pic ymax de sa réponse indicielle.
y″ + 2y′ + 5y = 10y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [−4 −5 −5; 3 −3 −3; −4 −5 −1]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Résous le système −3x − y = 7 et −x − 5y = −10. Trouve x.
−3x − y = 7−x − 5y = −10
x =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez l’angle θ entre les vecteurs a = (−4, 1, 6) et b = (−4, −6, −5), en degrés.
a = (−4, 1, 6)b = (−4, −6, −5)
θ = °
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Trouvez l’aire A du triangle de sommets A(0, −2, 4), B(3, 4, −3) et C(1, 2, 1). Les coordonnées sont en mètres.
A(0, −2, 4)B(3, 4, −3)C(1, 2, 1)
A = m²
15.ProbabilitésMoyen
Pour la loi indiquée, trouvez la variance Var(X) de X.
x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,2, 0,1, 0,35, 0,35
Var(X) =
16.ProbabilitésDifficile
Un test comporte 7 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,5, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 3 bonnes réponses ?
n = 7p = 0,5k = 3
P =
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 50, 24, 59, 21, 21, 17.
n = 6
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Une grandeur suit une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 15. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 130 ?
μ = 100σ = 15x = 130
P =
19.Loi normaleMoyen
X est normale de moyenne 12 min et d’écart-type 1,5 min ; Y est indépendante et normale de moyenne 20 min et d’écart-type 2 min. Trouvez la probabilité P que X + Y dépasse 29,5 min. Arrondissez z à deux décimales.
μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 29,5 min
P =
20.Loi normaleDifficile
Les les masses des sachets suivent une loi normale de moyenne 250 g et d’écart type 5 g. Faites glisser le seuil pour que les 75 % les plus bas (zone colorée) soient à sa gauche. Trouvez le seuil x.
μ = 250 gσ = 5 g75%
x = g
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = −5
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
(−5 + (−6)/x + 8/x2)/(1 + 6/x + 8/x2)
Faire tendre x → ∞
L = −5/1 = −5
Réponse
L = −5
À degrés égaux, la limite est le rapport des coefficients dominants.
2.Limites
Réponse: L = 0,125
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
(0,5·e0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0
Seconde application
0,25·e0,5x/2
Remplacer x par 0
L = 0,25·1/2 = 0,125
Réponse
L = 0,125
3.Dérivées
Réponse: f′(2) = 0,077
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.
Règle du produit et en chaîne
f′(x) = sin(x) + x·cos(x)
Remplacer
f′(2) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077
Réponse
f′(2) = 0,077
4.Dérivées
Réponse: x = 5
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 − 24x + 45 = 3·(x2 − 8x + 15)
Résoudre f′(x) = 0
x = 3 ou x = 5
Lequel est lequel
f″(x) = 6x − 24 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(3) = −6, f″(5) = 6
x = 5
Réponse
x = 5
5.Intégrales
Réponse: I = −2
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 = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Primitive
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Limites
(π·sin π + cos π) − (0 + 1) = −2
Réponse
I = −2
6.Intégrales
Réponse: A = 5,333
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
0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4
Intégrer la haute moins la basse
A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333
Réponse
A = 5,333
7.Nombres complexes
Réponse: Im(w) = −0,3882
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.
Module et argument de w
|w| = 3 · 0,5 = 1,5
θ = 150° + 45° = 195° → −165°
Forme rectangulaire
Re(w) = 1,5·cos(−165°) = −1,449
Im(w) = 1,5·sin(−165°) = −0,3882
Im(w) = −0,3882
Réponse
Im(w) = −0,3882
8.Nombres complexes
Réponse: Im(z⁸) = 221,7
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 = −√3 + j = 2∠150°
De Moivre
z⁸ = (2)⁸∠1200° = 256∠120°
Forme rectangulaire
z⁸ = 256·(cos 120° + j sin 120°) = −128 + j221,7
Im(z⁸) = 221,7
Réponse
Im(z⁸) = 221,7
9.Équations différentielles
Réponse: y(1) = 0,1144
Équations linéaires du second ordre : pour y″ + b·y′ + c·y = 0, essayez y = ert : on obtient l’équation caractéristique r² + b·r + c = 0. Deux racines réelles r₁ ≠ r₂ donnent y = A·er₁t + B·er₂t (suramorti) ; une racine double r donne y = (A + Bt)·ert (amortissement critique) ; des racines complexes −α ± jω donnent y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (sous-amorti, oscillant). Les valeurs initiales y(0) et y′(0) fixent A et B. Écrite sous la forme y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn est la pulsation propre et ζ le coefficient d’amortissement : ζ < 1 donne des oscillations. Avec une entrée constante, y″ + by′ + cy = c·K, la solution est la valeur stationnaire K plus la réponse libre.
Racines caractéristiques
(r + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5
Constantes à partir des valeurs initiales
A + B = 1, −3A − 5B = 0
A = 2,5, B = −1,5
Évaluer
y(1) = 2,5·e−3 + (−1,5)·e−5 = 0,1144
Réponse
y(1) = 0,1144
10.Équations différentielles
Réponse: ymax = 2,416
Équations linéaires du second ordre : pour y″ + b·y′ + c·y = 0, essayez y = ert : on obtient l’équation caractéristique r² + b·r + c = 0. Deux racines réelles r₁ ≠ r₂ donnent y = A·er₁t + B·er₂t (suramorti) ; une racine double r donne y = (A + Bt)·ert (amortissement critique) ; des racines complexes −α ± jω donnent y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (sous-amorti, oscillant). Les valeurs initiales y(0) et y′(0) fixent A et B. Écrite sous la forme y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn est la pulsation propre et ζ le coefficient d’amortissement : ζ < 1 donne des oscillations. Avec une entrée constante, y″ + by′ + cy = c·K, la solution est la valeur stationnaire K plus la réponse libre.
Valeur stationnaire et racines
yss = 2, r = −1 ± 2j
Constantes à partir des valeurs initiales
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 2B = 0 → B = −1
Pic
t = π/2 = 1,571
ymax = 2·(1 + e−1·π/2) = 2,416
Réponse
ymax = 2,416
11.Matrices et déterminants
Réponse: det A = 108
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.
Mineurs 2×2 de la première ligne
M₁₁ = −12, M₁₂ = −15, M₁₃ = −27
Développement par cofacteurs
det A = (−4)·(−12) − (−5)·(−15) + (−5)·(−27) = 108
Réponse
det A = 108
12.Matrices et déterminants
Réponse: x = −3,214
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.
Déterminant de la matrice des coefficients
det A = (−3)·(−5) − (−1)·(−1) = 14
Remplacer la colonne de x
det Aₓ = 7·(−5) − (−1)·(−10) = −45
x = −45/14 = −3,214
Réponse
x = −3,214
y = 2,643
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: θ = 108,2 °
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
a·b = (−4)·(−4) + 1·(−6) + 6·(−5) = −20
Normes
|a| = √((−4)² + 1² + 6²) = 7,28
|b| = √((−4)² + (−6)² + (−5)²) = 8,775
Angle
cos θ = −20/(7,28·8,775) = −0,3131
θ = arccos(−0,3131) = 108,2°
Réponse
θ = 108,2°
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: A = 5,916 m²
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.
Variables aléatoires discrètes : une loi de probabilité énumère chaque valeur x que peut prendre la variable avec sa probabilité p(x) ; les probabilités sont comprises entre 0 et 1 et leur somme vaut 1. L’espérance (moyenne) est E(X) = Σx·p(x), la moyenne à long terme. La variance est Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², et l’écart-type σ = √Var(X). Pour un changement linéaire Y = aX + b : E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) et σY = |a|·σX ; ajouter une constante ne change pas la dispersion.
Moyenne
μ = 0·0,2 + 1·0,1 + 2·0,35 + 3·0,35 = 1,85
Moyenne des carrés
E(X²) = 0·0,2 + 1·0,1 + 4·0,35 + 9·0,35 = 4,65
Variance
Var(X) = 4,65 − 1,85² = 1,228
Réponse
Var(X) = 1,228
16.Probabilités
Réponse: P = 0,2734
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.
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 = 2
Table de la loi normale
Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275
Réponse
P = 0,02275
19.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).
Loi de la somme
μ = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min
Centrer-réduire
z = (29,5 − 32)/2,5 = −1
Queue supérieure
P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0,1587 = 0,8413
Réponse
P = 0,8413
20.Loi normale
Réponse: x = 253,4 g
D’une aire à z : Φ(z) est l’aire à gauche de z. Pour une aire A de la queue gauche, trouvez dans la table le z tel que Φ(z) = A. Une aire A de la queue droite signifie Φ(z) = 1 − A. Une aire centrale A entre −z et z laisse (1 − A)/2 dans chaque queue, donc Φ(z) = (1 + A)/2. Pour une valeur x, utilisez x = μ + zσ.