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→∞ (−6x2 − 4x − 7)/(5x2 + 2x + 4).
f(x) = (−6x2 − 4x − 7)/(5x2 + 2x + 4)x → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 ln(1 + x)/sin(5x), avec x en radians.
f(x) = ln(1 + x)/sin(5x)x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = ln(2x2 + 2). Calcule f′(−2).
f(x) = ln(2x2 + 2)x = −2
f′(−2) =
4.DérivéesDifficile
La tangente à f(x) = 2x2 − 5x − 1 en x = −2 coupe l'axe des y en y = b. Trouve b.
f(x) = 2x2 − 5x − 1x = −2
b =
5.IntégralesMoyen
Calcule I = ∫03 e−x dx.
f(x) = e−x[0, 3]
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine délimité par y = 2x2 et y = 3x.
y = 2x2y = 3x
A =
7.Nombres complexesMoyen
Écrivez z = 6 − j9 sous forme exponentielle r·ejθ. Donnez θ en radians, entre −π et π.
z = 6 − j9
θ = rad
8.Nombres complexesDifficile
Trouvez la partie imaginaire de (3 + j2)⁴.
z = 3 + j2n = 4
Im(z⁴) =
9.Équations différentiellesMoyen
Résolvez y″ + 8y′ + 15y = 0 avec y(0) = 4 et y′(0) = -2. Trouvez y(0,5).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 4y′(0) = -2
y(0.5) =
10.Équations différentiellesDifficile
Résolvez le problème de Cauchy y′ + 3y/x = 5 pour x > 0, avec y(1) = 2. Trouvez y(2).
y′ + 3y/x = 5y(1) = 2
y(2) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [4 1 −2; 1 0 3; 0 −1 −4]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Résous le système −5x − 6y = 10 et −4x + 2y = −9. Trouve x.
−5x − 6y = 10−4x + 2y = −9
x =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez la projection scalaire compb a de a = (4, −4, −7) sur b = (1, 0, 1), c’est-à-dire la composante de a dans la direction de b.
a = (4, −4, −7)b = (1, 0, 1)
compb a =
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Pour a = (−1, −3, −4) et b = (−2, 5, −6), trouvez la composante y (a × b)y du produit vectoriel a × b.
a = (−1, −3, −4)b = (−2, 5, −6)
(a × b)y =
15.ProbabilitésMoyen
De combien de façons N peut-on choisir un comité de 4 personnes parmi un groupe de 15 ? L'ordre ne compte pas.
n = 15k = 4
N =
16.ProbabilitésDifficile
On teste 5 composants, chacun tombe en panne avec une probabilité 0,6, indépendamment. Quelle est la probabilité P qu'au plus un tombe en panne ?
n = 5p = 0,6
P =
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 50, 59, 55, 41, 41, 55, 42.
n = 7
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Une grandeur suit une loi normale de moyenne 60 et d'écart-type 20. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 50 ?
μ = 60σ = 20x = 50
P =
19.Loi normaleMoyen
On suppose que les durées de vie des piles suivent une loi normale de moyenne 500 h et d’écart-type 40 h. Quelle proportion se situe entre 436 et 562 h ? Donnez P sous forme décimale.
μ = 500σ = 40x1 = 436x2 = 562
P =
20.Loi normaleDifficile
On suppose que les masses des sachets suivent une loi normale de moyenne 250 g et d’écart-type 5 g. Trouvez la valeur x en dessous de laquelle se situent 10 % des valeurs (le 10e centile).
μ = 250σ = 5P = 10%
x = g
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)/x + (−7)/x2)/(5 + 2/x + 4/x2)
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 = 0,2
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).
Règle de L'Hôpital
L = limx→0 [1/(1 + x)]/[5·cos 5x]
Remplacer x par 0
L = 1/5 = 0,2
Réponse
L = 0,2
3.Dérivées
Réponse: f′(−2) = −0,8
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 du logarithme
f′(x) = 4x/(2x2 + 2)
Remplacer
f′(−2) = −8/10 = −0,8
Réponse
f′(−2) = −0,8
4.Dérivées
Réponse: b = −9
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.
Point et pente
f(−2) = 17
f′(x) = 4x − 5 → f′(−2) = −13
Tangente en x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 17 − (−13)·(−2) = −9
Réponse
b = −9
5.Intégrales
Réponse: I = 0,9502
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) = e−x/(−1)
Évaluer aux bornes
I = (e−3 − 1)/(−1) = (0,04979 − 1)/(−1) = 0,9502
Réponse
I = 0,9502
6.Intégrales
Réponse: A = 1,125
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 = 3x → x = 0, x = 1,5
Intégrer la haute moins la basse
A = [1,5x2 − 0,6667x3]01,5 = 1,125
Réponse
A = 1,125
7.Nombres complexes
Réponse: θ = −0,9828 rad
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
r = √(36 + 81) = 10,82
Argument en radians
θ = −56,31° = −56,31·π/180 = −0,9828 rad
Forme exponentielle
z = 10,82·e−j0,9828
Réponse
θ = −0,9828 rad
8.Nombres complexes
Réponse: Im(z⁴) = 120
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.
Puissances étape par étape
z² = (3 + j2)(3 + j2) = 5 + j12
z³ = (5 + j12)(3 + j2) = −9 + j46
z⁴ = (−9 + j46)(3 + j2) = −119 + j120
Vérifier avec De Moivre
z = 3,606∠33,69° → z⁴ = 169∠134,8°
Im(z⁴) = 120
Réponse
Im(z⁴) = 120
9.Équations différentielles
Réponse: y(0.5) = 1,598
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 = 4, −3A − 5B = -2
A = 9, B = −5
Évaluer
y(0,5) = 9·e−1,5 + (−5)·e−2,5 = 1,598
Réponse
y(0,5) = 1,598
10.Équations différentielles
Réponse: y(2) = 2,594
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∫3/x dx = x3
Intégrer
(x3y)′ = 5x3 → x3y = 5x4/4 + C
Condition initiale
2 = 5/4 + C → C = 0,75
Évaluer
y(2) = (5·24/4 + 0,75)/23 = 2,594
Réponse
y(2) = 2,594
11.Matrices et déterminants
Réponse: det A = 18
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 = 3, M₁₂ = −4, M₁₃ = −1
Développement par cofacteurs
det A = 4·3 − 1·(−4) + (−2)·(−1) = 18
Réponse
det A = 18
12.Matrices et déterminants
Réponse: x = 1
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 = (−5)·2 − (−6)·(−4) = −34
Remplacer la colonne de x
det Aₓ = 10·2 − (−6)·(−9) = −34
x = −34/(−34) = 1
Réponse
x = 1
y = −2,5
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: compb a = −2,121
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 = 4·1 + (−4)·0 + (−7)·1 = −3
Longueur de b
|b| = √(1² + 0² + 1²) = 1,414
Projection scalaire
compb a = a·b/|b| = −3/1,414 = −2,121
Réponse
compb a = −2,121
Négatif : a a une composante dirigée à l’opposé de b.
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: (a × b)y = 2
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.
Vérification : a × b est perpendiculaire aux deux vecteurs, donc son produit scalaire avec a et avec b est nul.
15.Probabilités
Réponse: N = 1365
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(15, 4) = (15·14·13·12)/(4·3·2·1) = 1365
Réponse
N = 1365
16.Probabilités
Réponse: P = 0,08704
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.
Zéro et une panne
P(X = 0) = 0,45 = 0,01024
P(X = 1) = 5·0,6·0,44 = 0,0768
Les additionner
P = 0,01024 + 0,0768 = 0,08704
Réponse
P = 0,08704
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 7,638
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 = −0,5
Table de la loi normale
Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085
Réponse
P = 0,3085
19.Loi normale
Réponse: P = 0,8846
Loi normale : transformez une valeur x en score z, z = (x − μ)/σ, qui compte le nombre d’écarts-types par rapport à la moyenne. Une table de z (ou Φ(z)) donne l’aire à gauche de z, c’est-à-dire P(X < x). L’aire à droite vaut 1 − Φ(z), et l’aire entre deux valeurs est la différence de leurs deux aires.
Scores z
z₁ = (436 − 500)/40 = −1,6
z₂ = (562 − 500)/40 = 1,55
Aire entre les deux valeurs
P = Φ(1,55) − Φ(−1,6) = 0,9394 − 0,0548 = 0,8846
Réponse
P = 0,8846
20.Loi normale
Réponse: x = 243,6 g
Loi normale : transformez une valeur x en score z, z = (x − μ)/σ, qui compte le nombre d’écarts-types par rapport à la moyenne. Une table de z (ou Φ(z)) donne l’aire à gauche de z, c’est-à-dire P(X < x). L’aire à droite vaut 1 − Φ(z), et l’aire entre deux valeurs est la différence de leurs deux aires.