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→∞ (√(x2 + 3x) − x).
f(x) = √(x2 + 3x) − xx → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(x²), avec x en radians.
f(x) = (1 − cos 4x)/(x²)x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = x·e2x. Calcule f′(1,5).
f(x) = x·e2xx = 1,5
f′(1.5) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 + 3x2 − 9x + 1. Trouve l'abscisse x du maximum local.
f(x) = x3 + 3x2 − 9x + 1
x =
5.IntégralesMoyen
Calculez I = ∫₀π/2 x·sin x dx (x en radians).
∫₀π/2 x·sin x dx
I =
6.IntégralesDifficile
Calculez I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.
∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
7.Nombres complexesMoyen
Trouvez l’argument θ de z = −3 + j2 en degrés, comme valeur principale entre −180° et 180°.
z = −3 + j2
θ = °
8.Nombres complexesDifficile
Exactement un des points A à D est une racine de z⁴ = 16∠90°. Cliquez dessus.
w = 16∠90°n = 4
1A (3,6∠−157,5°)
2B (2∠90°)
3C (2∠157,5°)
4D (2∠−157,5°)
9.Équations différentiellesMoyen
Une tasse de café à 87 °C est laissée dans une pièce à 20 °C. Au bout de 12 min, sa température est de 38 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Trouvez la constante k en min⁻¹.
T0 = 87 °CTa = 20 °CT(12) = 38 °C
k = min⁻¹
10.Équations différentiellesDifficile
Résolvez y″ + 3y′ + 6,25y = 0 avec y(0) = 5 et y′(0) = 0 (lâché sans vitesse initiale). Trouvez y(0,75) ; angles en radians.
y″ + 3y′ + 6,25y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(0.75) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [1 −2 1; −1 −4 −4; 4 1 1]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Trouve la plus grande valeur propre λ de la matrice A représentée.
A = [0 1; −8 6]
λ =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez la valeur de k pour laquelle les vecteurs a = (4, −5, −1) et b = (k, −1, −2) sont perpendiculaires.
a = (4, −5, −1)b = (k, −1, −2)
k =
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Le vecteur unitaire n̂ est perpendiculaire à a = (2, 4, −5) et à b = (−2, −2, 0) et a une composante z positive. Trouvez sa composante y n̂y.
a = (2, 4, −5)b = (−2, −2, 0)n̂z > 0
n̂y =
15.ProbabilitésMoyen
Un sac contient 7 boules rouges et 9 bleues. Tu tires deux boules sans remettre la première. Quelle est la probabilité P que les deux soient rouges ?
7 / 9
P =
16.ProbabilitésDifficile
Un jeu coûte 1 € pour jouer. Vous gagnez 2 € avec la probabilité 0,1 et 20 € avec la probabilité 0,02 ; sinon vous ne gagnez rien. La mise n’est pas remboursée. Trouvez le gain net espéré E(G) par partie.
mise = €1€2: p = 0,1€20: p = 0,02
E(G) = €
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 36, 32, 54, 53, 45, 41.
n = 6
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 10. Trouve le score z z d'une note de 88.
μ = 100σ = 10x = 88
z =
19.Loi normaleMoyen
On suppose que les délais de livraison suivent une loi normale de moyenne 32 min et d’écart-type 6 min. Quelle proportion se situe entre 29 et 44 min ? Donnez P sous forme décimale.
μ = 32σ = 6x1 = 29x2 = 44
P =
20.Loi normaleDifficile
On suppose que les délais de livraison suivent une loi normale de moyenne 32 min et d’écart-type 6 min. Trouvez la valeur x en dessous de laquelle se situent 25 % des valeurs (le 25e centile).
μ = 32σ = 6P = 25%
x = min
3Solutions
1.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).
Multiplier par l’expression conjuguée
f(x) = 3x/(√(x2 + 3x) + x)
Diviser par x
f(x) = 3/(√(1 + 3/x) + 1)
Faire tendre x → ∞
L = 3/(1 + 1) = 1,5
Réponse
L = 1,5
2.Limites
Réponse: L = 8
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/(2x) → 0/0
Seconde application
16·cos 4x/2
Remplacer x par 0
L = 16/2 = 8
Réponse
L = 8
3.Dérivées
Réponse: f′(1.5) = 80,34
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
f′(x) = u′v + uv′ = e2x·(1 + 2·x)
Remplacer
f′(1,5) = 20,09·(1 + 3) = 80,34
Réponse
f′(1,5) = 80,34
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 + 6x − 9 = 3·(x2 + 2x − 3)
Résoudre f′(x) = 0
x = −3 ou x = 1
Lequel est lequel
f″(x) = 6x + 6 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(−3) = −12, f″(1) = 12
x = −3
Réponse
x = −3
5.Intégrales
Réponse: I = 1
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 = sin x dx, v = −cos x
Primitive
∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x
Limites
(−π/2·cos π/2 + sin π/2) − (0 + 0) = 1
Réponse
I = 1
6.Intégrales
Réponse: I = 3,602
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.
Première étape
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Deuxième étape
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Limites
4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602
Réponse
I = 3,602
7.Nombres complexes
Réponse: θ = 146,3 °
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.
Quadrant
a = −3, b = 2 → II
Angle de référence
α = atan(2/3) = 33,69°
Argument
θ = 180° − α = 146,3°
Réponse
θ = 146,3°
En forme polaire z = 3,606∠146,3°.
8.Nombres complexes
Réponse: D (2∠−157,5°)
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| = 2
θ = 22,5°, 112,5°, −157,5°, −67,5°
Le point
D = 2∠−157,5°
Réponse
D (2∠−157,5°)
9.Équations différentielles
Réponse: k = 0,1095 min⁻¹
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.
Rapport des écarts de température
e−12k = 18/67
Résoudre pour k
k = ln(67/18)/12 = 0,1095 min⁻¹
Réponse
k = 0,1095 min⁻¹
10.Équations différentielles
Réponse: y(0.75) = 1,329
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 = 0, M₁₂ = 15, M₁₃ = 15
Développement par cofacteurs
det A = 1·0 − (−2)·15 + 1·15 = 45
Réponse
det A = 45
12.Matrices et déterminants
Réponse: λ = 4
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 − (6)λ + (8) = 0
Résoudre
λ = (6 ± √(4))/2 → λ = 2, 4
λ = 4
Réponse
λ = 4
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: k = −1,75
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 égal à zéro
a·b = 4·k + (−5)·(−1) + (−1)·(−2) = 0
7 + 4·k = 0
Résoudre pour k
k = −7/4 = −1,75
Réponse
k = −1,75
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: n̂y = 0,6804
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.
Premier et second tirage
P = 7/16 · 6/15 = 42/240 = 0,175
Réponse
P = 0,175
16.Probabilités
Réponse: E(G) = −0,4 €
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.
Résultats nets
G: 1 (p = 0,1), 19 (p = 0,02), −1 (p = 0,88)
Espérance
E(G) = 1·0,1 + 19·0,02 − 1·0,88 = −0,4 €
Réponse
E(G) = −0,4 €
Une valeur négative signifie que vous perdez de l’argent en moyenne.
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 8,916
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 = (88 − 100)/10 = −1,2
Réponse
z = −1,2
19.Loi normale
Réponse: P = 0,6687
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 = (29 − 32)/6 = −0,5
z₂ = (44 − 32)/6 = 2
Aire entre les deux valeurs
P = Φ(2) − Φ(−0,5) = 0,9772 − 0,3085 = 0,6687
Réponse
P = 0,6687
20.Loi normale
Réponse: x = 27,95 min
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.