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)3x. Donnez une valeur décimale.
f(x) = (1 − 1/x)3xx → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(2x²), avec x en radians.
f(x) = (1 − cos 4x)/(2x²)x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = ln(3x2 + 2). Calcule f′(2).
f(x) = ln(3x2 + 2)x = 2
f′(2) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 − 15x2 + 63x + 2. Trouve l'abscisse x du maximum local.
f(x) = x3 − 15x2 + 63x + 2
x =
5.IntégralesMoyen
Calcule I = ∫15 4/x dx.
f(x) = 4/x[1, 5]
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 = 10∠−115° sous forme rectangulaire a + jb et donnez la partie réelle a.
r = 10θ = −115°
a =
8.Nombres complexesDifficile
Les racines de zⁿ = w avec n = 3 et w = 8∠−90° sont zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Trouvez la partie imaginaire de z₁.
w = 8∠−90°n = 3k = 1
Im(z₁) =
9.Équations différentiellesMoyen
Une canette de soda à 3 °C est sortie du réfrigérateur dans une pièce à 25 °C. Au bout de 24 min, sa température est de 17 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Combien de temps après le début, t, lui faut-il pour atteindre 22 °C ?
T0 = 3 °CTa = 25 °CT(24) = 17 °CT = 22 °C
t = min
10.Équations différentiellesDifficile
Un système obéit à y″ + 4y′ + 20y = 40 pour t ≥ 0, à partir du repos : y(0) = 0, y′(0) = 0. Trouvez la valeur de pic ymax de sa réponse indicielle.
y″ + 4y′ + 20y = 40y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [3 5 0; 5 0 0; 5 −5 1]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Trouve la plus grande valeur propre λ de la matrice A représentée.
A = [5 3; −9 −7]
λ =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez l’angle θ entre les vecteurs a = (4, −4, 4) et b = (1, 6, 4), en degrés.
a = (4, −4, 4)b = (1, 6, 4)
θ = °
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Le vecteur unitaire n̂ est perpendiculaire à a = (−3, 2, −5) et à b = (−4, −1, −3) et a une composante z positive. Trouvez sa composante x n̂x.
a = (−3, 2, −5)b = (−4, −1, −3)n̂z > 0
n̂x =
15.ProbabilitésMoyen
On lance un dé équilibré 3 fois. Quelle est la probabilité P d'obtenir au moins un six ?
n = 3
P =
16.ProbabilitésDifficile
On teste 7 composants, chacun tombe en panne avec une probabilité 0,3, indépendamment. Quelle est la probabilité P qu'au plus un tombe en panne ?
n = 7p = 0,3
P =
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 52, 21, 31, 52, 12.
n = 5
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 50 et d'écart-type 8. Trouve le score z z d'une note de 58.
μ = 50σ = 8x = 58
z =
19.Loi normaleMoyen
Les masses de boulons sont indépendantes et normales, de moyenne 40 g et d’écart-type 1,2 g. Trouvez la probabilité P que la masse totale de 6 d’entre eux dépasse 241,5 g. Arrondissez z à deux décimales.
μ = 40 gσ = 1,2 gn = 6> 241,5 g
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 97,5 % des valeurs (le 97,5e centile).
μ = 250σ = 5P = 97,5%
x = g
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = 0,04979
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→∞ 3·x·ln(1 − 1/x)
Évaluer
ln(1 + u)/u → 1 quand u → 0, donc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 3·(−1) = −3
Annuler le logarithme
L = e−3 = 0,04979
Réponse
L = 0,04979
2.Limites
Réponse: L = 4
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/(4x) → 0/0
Seconde application
16·cos 4x/4
Remplacer x par 0
L = 16/4 = 4
Réponse
L = 4
3.Dérivées
Réponse: f′(2) = 0,8571
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) = 6x/(3x2 + 2)
Remplacer
f′(2) = 12/14 = 0,8571
Réponse
f′(2) = 0,8571
4.Dérivées
Réponse: x = 3
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 − 30x + 63 = 3·(x2 − 10x + 21)
Résoudre f′(x) = 0
x = 3 ou x = 7
Lequel est lequel
f″(x) = 6x − 30 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(3) = −12, f″(7) = 12
x = 3
Réponse
x = 3
5.Intégrales
Réponse: I = 6,438
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) = 4·ln x
Évaluer aux bornes
I = 4·(ln 5 − ln 1) = 4·ln 5 = 6,438
Réponse
I = 6,438
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: a = −4,226
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.
Composantes
a = 10·cos(−115°) = −4,226
b = 10·sin(−115°) = −9,063
Forme rectangulaire
z = −4,226 − j9,063
a = −4,226
Réponse
a = −4,226
8.Nombres complexes
Réponse: Im(z₁) = 2
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 des racines
81/3 = 2
Argument de la racine
θ₁ = (−90° + 360°·1)/3 = 90°
Forme rectangulaire
z₁ = 2·(cos 90° + j sin 90°) = j2
Im(z₁) = 2
Réponse
Im(z₁) = 2
Les 3 racines sont sur le cercle de rayon 2, espacées de 120°.
9.Équations différentielles
Réponse: t = 47,27 min
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.
Constante de refroidissement
k = ln(-22/-8)/24 = 0,04215 min⁻¹
Temps pour atteindre la valeur visée
t = ln(-22/(−3))/0,04215 = 47,27 min
Réponse
t = 47,27 min
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 = −2 ± 4j
Constantes à partir des valeurs initiales
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −2A + 4B = 0 → B = −1
Pic
t = π/4 = 0,7854
ymax = 2·(1 + e−2·π/4) = 2,416
Réponse
ymax = 2,416
11.Matrices et déterminants
Réponse: det A = −25
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 = 0, M₁₂ = 5, M₁₃ = −25
Développement par cofacteurs
det A = 3·0 − 5·5 + 0·(−25) = −25
Réponse
det A = −25
12.Matrices et déterminants
Réponse: λ = 2
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 − (−2)λ + (−8) = 0
Résoudre
λ = (−2 ± √(36))/2 → λ = −4, 2
λ = 2
Réponse
λ = 2
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: θ = 94,55 °
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)·6 + 4·4 = −4
Normes
|a| = √(4² + (−4)² + 4²) = 6,928
|b| = √(1² + 6² + 4²) = 7,28
Angle
cos θ = −4/(6,928·7,28) = −0,07931
θ = arccos(−0,07931) = 94,55°
Réponse
θ = 94,55°
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: n̂x = −0,5774
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.
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.
Complémentaire
P(aucun six) = (5/6)3 = 0,5787
P = 1 − 0,5787 = 0,4213
Réponse
P = 0,4213
16.Probabilités
Réponse: P = 0,3294
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) = 0,77 = 0,08235
P(X = 1) = 7·0,3·0,76 = 0,2471
Les additionner
P = 0,08235 + 0,2471 = 0,3294
Réponse
P = 0,3294
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 18,09
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 = (58 − 50)/8 = 1
Réponse
z = 1
19.Loi normale
Réponse: P = 0,305
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 = 240 g, σT = 1,2·√6 = 2,939 g
Centrer-réduire
z = (241,5 − 240)/2,939 = 0,51
Probabilités
P = 1 − Φ(0,51) = 0,305
Réponse
P = 0,305
20.Loi normale
Réponse: x = 259,8 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.