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→∞ (1 + 1/x)x. Donnez une valeur décimale.
f(x) = (1 + 1/x)xx → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (1 − cos 3x)/(3x²), avec x en radians.
f(x) = (1 − cos 3x)/(3x²)x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = ln(x2 + 4). Calcule f′(−2).
f(x) = ln(x2 + 4)x = −2
f′(−2) =
4.DérivéesDifficile
La tangente à f(x) = 2x2 + 3x + 1 en x = 2 coupe l'axe des y en y = b. Trouve b.
f(x) = 2x2 + 3x + 1x = 2
b =
5.IntégralesMoyen
Calcule I = ∫15 3/x dx.
f(x) = 3/x[1, 5]
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine entre la parabole y = 1 − x² et l'axe des x.
y = 1 − x²
A =
7.Nombres complexesMoyen
Le nombre z = 2,5·ej1,5 a son angle en radians. Trouvez sa partie imaginaire b.
r = 2,5θ = 1,5 rad
b =
8.Nombres complexesDifficile
Exactement un des points A à D est une racine de z⁴ = 81∠60°. Cliquez dessus.
w = 81∠60°n = 4
1A (3∠−15°)
2B (3∠15°)
3C (3∠60°)
4D (1,5∠15°)
9.Équations différentiellesMoyen
Résolvez y″ + 6y′ + 9y = 0 avec y(0) = 5 et y′(0) = 0. Trouvez y(1).
y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(1) =
10.Équations différentiellesDifficile
Un système obéit à y″ + 3y′ + 6,25y = 62,5 pour t ≥ 0, à partir du repos : y(0) = 0, y′(0) = 0. Trouvez y(0,5) ; angles en radians.
y″ + 3y′ + 6,25y = 62,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [2 −3 3; 2 −4 5; 2 3 −3]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Résous le système −4x − 6y = 6 et −x − 5y = −9. Trouve x.
−4x − 6y = 6−x − 5y = −9
x =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Une force constante F = (−10, −20, 15) N agit sur un objet pendant qu’il se déplace en ligne droite du point A(−3, −1, −3) au point B(1, 3, 1). Les coordonnées sont en mètres. Trouvez le travail W effectué par la force.
F = (−10, −20, 15) NA(−3, −1, −3) mB(1, 3, 1) m
W = J
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Trouvez l’aire A du parallélogramme engendré par a = (2, 4, −5) et b = (0, −3, 3).
a = (2, 4, −5)b = (0, −3, 3)
A =
15.ProbabilitésMoyen
Un sac contient 3 boules rouges et 8 bleues. Tu tires deux boules sans remettre la première. Quelle est la probabilité P que les deux soient rouges ?
3 / 8
P =
16.ProbabilitésDifficile
Un test comporte 8 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,7, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 4 bonnes réponses ?
n = 8p = 0,7k = 4
P =
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 47, 30, 30, 13, 25.
n = 5
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Une grandeur suit une loi normale de moyenne 500 et d'écart-type 100. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 350 ?
μ = 500σ = 100x = 350
P =
19.Loi normaleMoyen
Faites glisser z pour que l’aire colorée entre −z et z sous la courbe normale centrée réduite soit 0,8230. Trouvez z avec deux décimales.
A = 0,8230
z =
20.Loi normaleDifficile
Les diamètres D des alésages sont normaux de moyenne 25,03 mm et d’écart-type 0,015 mm. Les diamètres d des arbres sont indépendants et normaux de moyenne 25 mm et d’écart-type 0,015 mm. Un arbre choisi au hasard s’ajuste lorsque D − d > 0. Trouvez la probabilité P qu’il s’ajuste. Arrondissez z à deux décimales.
alésage: μ = 25,03 mm, σ = 0,015 mmarbre: μ = 25 mm, σ = 0,015 mm
P =
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = 2,718
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).
Prendre le logarithme
ln L = limx→∞ x·ln(1 + 1/x)
Évaluer
ln(1 + u)/u → 1 quand u → 0, donc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·1 = 1
Annuler le logarithme
L = e1 = 2,718
Réponse
L = 2,718
2.Limites
Réponse: L = 1,5
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).
Première application
3·sin 3x/(6x) → 0/0
Seconde application
9·cos 3x/6
Remplacer x par 0
L = 9/6 = 1,5
Réponse
L = 1,5
3.Dérivées
Réponse: f′(−2) = −0,5
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.
Dérivation en chaîne du logarithme
f′(x) = 2x/(x2 + 4)
Remplacer
f′(−2) = −4/8 = −0,5
Réponse
f′(−2) = −0,5
4.Dérivées
Réponse: b = −7
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) = 15
f′(x) = 4x + 3 → f′(2) = 11
Tangente en x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 15 − 11·2 = −7
Réponse
b = −7
5.Intégrales
Réponse: I = 4,828
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) = 3·ln x
Évaluer aux bornes
I = 3·(ln 5 − ln 1) = 3·ln 5 = 4,828
Réponse
I = 4,828
6.Intégrales
Réponse: A = 1,333
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.
Zéros
1 − x² = 0 → x = ±1
Intégrer
A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333
Réponse
A = 1,333
7.Nombres complexes
Réponse: b = 2,494
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.
Formule d’Euler
z = 2,5·(cos 1,5 + j sin 1,5)
Composantes (radians)
a = 2,5·cos 1,5 = 0,1768
b = 2,5·sin 1,5 = 2,494
b = 2,494
Réponse
b = 2,494
8.Nombres complexes
Réponse: B (3∠15°)
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.
Module et arguments des racines
|z| = 3
θ = 15°, 105°, −165°, −75°
Le point
B = 3∠15°
Réponse
B (3∠15°)
9.Équations différentielles
Réponse: y(1) = 0,9957
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.
Racine double
(r + 3)² = 0 → r = −3
Constantes
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 3A → B = 0 + 15 = 15
Évaluer
y(1) = (5 + 15·1)·e−3 = 0,9957
Réponse
y(1) = 0,9957
10.Équations différentielles
Réponse: y(0.5) = 4,467
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.
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 = −16, M₁₃ = 14
Développement par cofacteurs
det A = 2·(−3) − (−3)·(−16) + 3·14 = −12
Réponse
det A = −12
12.Matrices et déterminants
Réponse: x = −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.
Déterminant de la matrice des coefficients
det A = (−4)·(−5) − (−6)·(−1) = 14
Remplacer la colonne de x
det Aₓ = 6·(−5) − (−6)·(−9) = −84
x = −84/14 = −6
Réponse
x = −6
y = 3
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: W = −60 J
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.
Déplacement
d = B − A = (1, 3, 1) − (−3, −1, −3) = (4, 4, 4) m
Travail
W = F·d = (−10)·4 + (−20)·4 + 15·4 = −60 J
Réponse
W = −60 J
Travail négatif : la force agit surtout contre le mouvement.
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: A = 9
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
(a × b)x = aybz − azby = 4·3 − (−5)·(−3) = −3
(a × b)y = azbx − axbz = (−5)·0 − 2·3 = −6
(a × b)z = axby − aybx = 2·(−3) − 4·0 = −6
Surface
A = |a × b| = √((−3)² + (−6)² + (−6)²) = 9
Réponse
A = 9
15.Probabilités
Réponse: P = 0,05455
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.
Premier et second tirage
P = 3/11 · 2/10 = 6/110 = 0,05455
Réponse
P = 0,05455
16.Probabilités
Réponse: P = 0,1361
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.
Moyenne
x̄ = 145/5 = 29
Écarts au carré
Σ(x − x̄)² = 18² + 1² + 1² + (−16)² + (−4)² = 598
Écart-type
s = √(598/4) = 12,23
Réponse
s = 12,23
18.Statistique descriptive
Réponse: P = 0,9332
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 = −1,5
Table de la loi normale
Φ(−1,5) = 0,06681
P = 1 − 0,06681 = 0,9332
Réponse
P = 0,9332
19.Loi normale
Réponse: z = 1,35
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.
Aire à gauche de z
Φ(z) = (1 + 0,8230)/2 = 0,9115
Lire la table de z à l’envers
Trouvez 0,9115 dans la table et lisez z.
z = 1,35
Réponse
z = 1,35
20.Loi normale
Réponse: P = 0,9207
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).