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 + 9x) − x).
f(x) = √(x2 + 9x) − xx → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(4x²), avec x en radians.
f(x) = (1 − cos 4x)/(4x²)x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = x·sin(3x), avec x en radians. Calcule f′(1).
f(x) = x·sin(3x)x = 1 rad
f′(1) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 5. Trouve l'abscisse x du minimum local.
f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 5
x =
5.IntégralesMoyen
Calculez I = ∫₁6 x·ln x dx.
∫₁6 x ln x dx
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine entre la parabole y = 9 − x² et l'axe des x.
y = 9 − x²
A =
7.Nombres complexesMoyen
Écrivez z = 1 − j8 sous forme exponentielle r·ejθ. Donnez θ en radians, entre −π et π.
z = 1 − j8
θ = rad
8.Nombres complexesDifficile
Utilisez le théorème de De Moivre pour trouver la partie réelle de z⁷ pour z = −2 − j2.
z = −2 − j2n = 7
Re(z⁷) =
9.Équations différentiellesMoyen
Une tasse de café à 80 °C est laissée dans une pièce à 20 °C. Au bout de 20 min, sa température est de 30 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Trouvez la constante k en min⁻¹.
T0 = 80 °CTa = 20 °CT(20) = 30 °C
k = min⁻¹
10.Équations différentiellesDifficile
Résolvez le problème de Cauchy y′ + 3y/x = 3x pour x > 0, avec y(1) = −1. Trouvez y(2).
y′ + 3y/x = 3xy(1) = −1
y(2) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Soit C = AB pour les matrices représentées. Trouve le coefficient c12 (ligne 1, colonne 2).
A = [3 −5; 2 −5]B = [1 1; −2 1]
c12 =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Résous le système −2x + y = 12 et 4x + 6y = −4. Trouve x.
−2x + y = 124x + 6y = −4
x =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez la valeur de k pour laquelle les vecteurs a = (−6, 2, 4) et b = (0, k, 1) sont perpendiculaires.
a = (−6, 2, 4)b = (0, k, 1)
k =
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Le vecteur unitaire n̂ est perpendiculaire à a = (4, 2, 1) et à b = (−1, −2, 2) et a une composante z positive. Trouvez sa composante y n̂y.
a = (4, 2, 1)b = (−1, −2, 2)n̂z > 0
n̂y =
15.ProbabilitésMoyen
Un sac contient 7 boules rouges et 4 bleues. Tu tires deux boules sans remettre la première. Quelle est la probabilité P que les deux soient rouges ?
7 / 4
P =
16.ProbabilitésDifficile
X a la loi indiquée, et Y = 10X + 10. Trouvez l’écart-type σY de Y.
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 37, 11, 57, 47, 58.
n = 5
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 60 et d'écart-type 5. Trouve le score z z d'une note de 57,5.
μ = 60σ = 5x = 57,5
z =
19.Loi normaleMoyen
Faites glisser z pour que l’aire colorée entre −z et z sous la courbe normale centrée réduite soit 0,4177. Trouvez z avec deux décimales.
A = 0,4177
z =
20.Loi normaleDifficile
On suppose que les notes d’un examen suivent une loi normale de moyenne 65 points et d’écart-type 10 points. Trouvez la valeur x en dessous de laquelle se situent 75 % des valeurs (le 75e centile).
μ = 65σ = 10P = 75%
x = points
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = 4,5
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) = 9x/(√(x2 + 9x) + x)
Diviser par x
f(x) = 9/(√(1 + 9/x) + 1)
Faire tendre x → ∞
L = 9/(1 + 1) = 4,5
Réponse
L = 4,5
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
4·sin 4x/(8x) → 0/0
Seconde application
16·cos 4x/8
Remplacer x par 0
L = 16/8 = 2
Réponse
L = 2
3.Dérivées
Réponse: f′(1) = −2,829
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 et en chaîne
f′(x) = sin(3x) + 3x·cos(3x)
Remplacer
f′(1) = 0,1411 + 3·(−0,99) = −2,829
Réponse
f′(1) = −2,829
4.Dérivées
Réponse: x = 4
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 − 21x + 36 = 3·(x2 − 7x + 12)
Résoudre f′(x) = 0
x = 3 ou x = 4
Lequel est lequel
f″(x) = 6x − 21 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(3) = −3, f″(4) = 3
x = 4
Réponse
x = 4
5.Intégrales
Réponse: I = 23,5
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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Primitive
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Limites
(18·ln 6 − 9) − (0 − 0,25) = 23,5
Réponse
I = 23,5
6.Intégrales
Réponse: A = 36
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
9 − x² = 0 → x = ±3
Intégrer
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Réponse
A = 36
7.Nombres complexes
Réponse: θ = −1,446 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 = √(1 + 64) = 8,062
Argument en radians
θ = −82,87° = −82,87·π/180 = −1,446 rad
Forme exponentielle
z = 8,062·e−j1,446
Réponse
θ = −1,446 rad
8.Nombres complexes
Réponse: Re(z⁷) = −1024
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.
Forme polaire
z = −2 − j2 = 2√2∠−135°
De Moivre
z⁷ = (2√2)⁷∠−945° = 1448∠135°
Forme rectangulaire
z⁷ = 1448·(cos 135° + j sin 135°) = −1024 + j1024
Re(z⁷) = −1024
Réponse
Re(z⁷) = −1024
9.Équations différentielles
Réponse: k = 0,08959 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−20k = 10/60
Résoudre pour k
k = ln(60/10)/20 = 0,08959 min⁻¹
Réponse
k = 0,08959 min⁻¹
10.Équations différentielles
Réponse: y(2) = 2,2
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)′ = 3x4 → x3y = 3x5/5 + C
Condition initiale
−1 = 3/5 + C → C = −1,6
Évaluer
y(2) = (3·25/5 + (−1,6))/23 = 2,2
Réponse
y(2) = 2,2
11.Matrices et déterminants
Réponse: c12 = −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.
Ligne fois colonne
c12 = 3·1 + (−5)·1 = −2
Réponse
c12 = −2
12.Matrices et déterminants
Réponse: x = −4,75
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)·6 − 1·4 = −16
Remplacer la colonne de x
det Aₓ = 12·6 − 1·(−4) = 76
x = 76/(−16) = −4,75
Réponse
x = −4,75
y = 2,5
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: k = −2
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 = (−6)·0 + 2·k + 4·1 = 0
4 + 2·k = 0
Résoudre pour k
k = −4/2 = −2
Réponse
k = −2
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: n̂y = 0,7276
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 = 2·2 − 1·(−2) = 6
(a × b)y = azbx − axbz = 1·(−1) − 4·2 = −9
(a × b)z = axby − aybx = 4·(−2) − 2·(−1) = −6
Normaliser
La composante z de a × b est négative, utilisez donc −(a × b).
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 = 7/11 · 6/10 = 42/110 = 0,3818
Réponse
P = 0,3818
16.Probabilités
Réponse: σY = 92,06
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.
Dispersion de X
μ = 29,5, Var(X) = 84,75, σX = 9,206
Changement linéaire
σY = |10|·9,206 = 92,06
Réponse
σY = 92,06
La moyenne, elle, se déplace : E(Y) = 10·29,5 + 10 = 305.
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 19,31
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 = (57,5 − 60)/5 = −0,5
Réponse
z = −0,5
19.Loi normale
Réponse: z = 0,55
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 + 0,4177)/2 = 0,7088
Lire la table de z à l’envers
Trouvez 0,7088 dans la table et lisez z.
z = 0,55
Réponse
z = 0,55
20.Loi normale
Réponse: x = 71,75 points
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.