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→∞ (−3x2 + 9)/(x2 + 3x + 8).
f(x) = (−3x2 + 9)/(x2 + 3x + 8)x → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (e−2x − 1 + 2x)/x².
f(x) = (e−2x − 1 + 2x)/x²x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = (4x + 1)3. Calcule f′(−1).
f(x) = (4x + 1)3x = −1
f′(−1) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 + 7,5x2 + 12x + 3. Trouve l'abscisse x du minimum local.
f(x) = x3 + 7,5x2 + 12x + 3
x =
5.IntégralesMoyen
Calcule I = ∫03 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 3]
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine entre la parabole y = 4 − x² et l'axe des x.
y = 4 − x²
A =
7.Nombres complexesMoyen
Le nombre z = 5·ej1,5 a son angle en radians. Trouvez sa partie imaginaire b.
r = 5θ = 1,5 rad
b =
8.Nombres complexesDifficile
Exactement un des points A à D est une racine de z⁴ = 81∠−90°. Cliquez dessus.
w = 81∠−90°n = 4
1A (3∠−67,5°)
2B (5,4∠112,5°)
3C (3∠67,5°)
4D (3∠112,5°)
9.Équations différentiellesMoyen
Résolvez y″ + 8y′ + 15y = 0 avec y(0) = 4 et y′(0) = 2. Trouvez y(2).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 4y′(0) = 2
y(2) =
10.Équations différentiellesDifficile
Un système obéit à y″ + 4y′ + 29y = 145 pour t ≥ 0, à partir du repos : y(0) = 0, y′(0) = 0. Trouvez y(0,5) ; angles en radians.
y″ + 4y′ + 29y = 145y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [1 0 0; 0 0 −3; 3 1 −5]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Résous le système 2x + 4y = 6 et −4x + 5y = −3. Trouve x.
2x + 4y = 6−4x + 5y = −3
x =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez la projection scalaire compb a de a = (−4, 0, 5) sur b = (2, 6, 1), c’est-à-dire la composante de a dans la direction de b.
a = (−4, 0, 5)b = (2, 6, 1)
compb a =
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Le vecteur unitaire n̂ est perpendiculaire à a = (−5, −4, 5) et à b = (1, −3, 0) et a une composante z positive. Trouvez sa composante y n̂y.
a = (−5, −4, 5)b = (1, −3, 0)n̂z > 0
n̂y =
15.ProbabilitésMoyen
Un sac contient 6 boules rouges et 5 bleues. Tu tires deux boules sans remettre la première. Quelle est la probabilité P que les deux soient rouges ?
6 / 5
P =
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 1 bonnes réponses ?
n = 5p = 0,2k = 1
P =
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 11, 53, 12, 22, 18, 23, 41.
n = 7
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Une grandeur suit une loi normale de moyenne 170 et d'écart-type 15. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 176 ?
μ = 170σ = 15x = 176
P =
19.Loi normaleMoyen
On suppose que les scores de QI suivent une loi normale de moyenne 100 points et d’écart-type 15 points. Quelle proportion se situe entre 70 et 123,25 points ? Donnez P sous forme décimale.
μ = 100σ = 15x1 = 70x2 = 123,25
P =
20.Loi normaleDifficile
Les diamètres D des alésages sont normaux de moyenne 25,05 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 = 25,05 mm, σ = 0,015 mmarbre: μ = 25 mm, σ = 0,015 mm
P =
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = −3
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
(−3 + 9/x2)/(1 + 3/x + 8/x2)
Faire tendre x → ∞
L = −3/1 = −3
Réponse
L = −3
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
(−2·e−2x + 2)/(2x) → 0/0
Seconde application
4·e−2x/2
Remplacer x par 0
L = 4·1/2 = 2
Réponse
L = 2
3.Dérivées
Réponse: f′(−1) = 108
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) = 3·(4x + 1)2·4
Remplacer
f′(−1) = 3·(−3)2·4 = 108
Réponse
f′(−1) = 108
4.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 + 15x + 12 = 3·(x2 + 5x + 4)
Résoudre f′(x) = 0
x = −4 ou x = −1
Lequel est lequel
f″(x) = 6x + 15 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(−4) = −9, f″(−1) = 9
x = −1
Réponse
x = −1
5.Intégrales
Réponse: I = 1,554
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.
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
4 − x² = 0 → x = ±2
Intégrer
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Réponse
A = 10,67
7.Nombres complexes
Réponse: b = 4,987
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 = 5·(cos 1,5 + j sin 1,5)
Composantes (radians)
a = 5·cos 1,5 = 0,3537
b = 5·sin 1,5 = 4,987
b = 4,987
Réponse
b = 4,987
8.Nombres complexes
Réponse: C (3∠67,5°)
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 = −22,5°, 67,5°, 157,5°, −112,5°
Le point
C = 3∠67,5°
Réponse
C (3∠67,5°)
9.Équations différentielles
Réponse: y(2) = 0,02695
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 = 11, B = −7
Évaluer
y(2) = 11·e−6 + (−7)·e−10 = 0,02695
Réponse
y(2) = 0,02695
10.Équations différentielles
Réponse: y(0.5) = 6,033
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 = 9, M₁₃ = 0
Développement par cofacteurs
det A = 1·3 − 0·9 + 0·0 = 3
Réponse
det A = 3
12.Matrices et déterminants
Réponse: x = 1,615
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 = 2·5 − 4·(−4) = 26
Remplacer la colonne de x
det Aₓ = 6·5 − 4·(−3) = 42
x = 42/26 = 1,615
Réponse
x = 1,615
y = 0,6923
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: compb a = −0,4685
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)·2 + 0·6 + 5·1 = −3
Longueur de b
|b| = √(2² + 6² + 1²) = 6,403
Projection scalaire
compb a = a·b/|b| = −3/6,403 = −0,4685
Réponse
compb a = −0,4685
Négatif : a a une composante dirigée à l’opposé de b.
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: n̂y = 0,2023
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)·0 − 5·(−3) = 15
(a × b)y = azbx − axbz = 5·1 − (−5)·0 = 5
(a × b)z = axby − aybx = (−5)·(−3) − (−4)·1 = 19
Normaliser
La composante z de a × b est déjà positive.
|a × b| = √(15² + 5² + 19²) = 24,72
n̂ = (15, 5, 19)/24,72 = (0,6068, 0,2023, 0,7687)
n̂y = 0,2023
Réponse
n̂y = 0,2023
15.Probabilités
Réponse: P = 0,2727
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 = 6/11 · 5/10 = 30/110 = 0,2727
Réponse
P = 0,2727
16.Probabilités
Réponse: P = 0,4096
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 = 1) = 5·0,21·0,84 = 5·0,2·0,4096 = 0,4096
Réponse
P = 0,4096
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 15,62
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 = 0,4
Table de la loi normale
Φ(0,4) = 0,6554
P = 1 − 0,6554 = 0,3446
Réponse
P = 0,3446
19.Loi normale
Réponse: P = 0,9167
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 = (70 − 100)/15 = −2
z₂ = (123,25 − 100)/15 = 1,55
Aire entre les deux valeurs
P = Φ(1,55) − Φ(−2) = 0,9394 − 0,02275 = 0,9167
Réponse
P = 0,9167
20.Loi normale
Réponse: P = 0,9909
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).