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 − 10x) − x).
f(x) = √(x2 − 10x) − xx → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (e0,5x − 1 − 0,5x)/x².
f(x) = (e0,5x − 1 − 0,5x)/x²x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = x·sin(2x), avec x en radians. Calcule f′(0,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 − 3x − 3. Trouve l'abscisse x du maximum local.
f(x) = x3 − 3x − 3
x =
5.IntégralesMoyen
Calcule I = ∫01 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 1]
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine délimité par y = x2 et y = x.
y = x2y = x
A =
7.Nombres complexesMoyen
Écrivez z = 7 + j7 sous forme exponentielle r·ejθ. Donnez θ en radians, entre −π et π.
z = 7 + j7
θ = rad
8.Nombres complexesDifficile
Exactement un des points A à D est une racine de z⁶ = 729∠90°. Cliquez dessus.
w = 729∠90°n = 6
1A (3∠165°)
2B (3∠−135°)
3C (3∠135°)
4D (1,5∠135°)
9.Équations différentiellesMoyen
Une pièce d’acier forgé à 400 °C refroidit dans un atelier à 21 °C. Au bout de 52 min, sa température est de 155 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Trouvez la constante k en min⁻¹.
T0 = 400 °CTa = 21 °CT(52) = 155 °C
k = min⁻¹
10.Équations différentiellesDifficile
Un système obéit à y″ + 3y′ + 11,25y = 22,5 pour t ≥ 0, à partir du repos : y(0) = 0, y′(0) = 0. Trouvez y(0,75) ; angles en radians.
y″ + 3y′ + 11,25y = 22,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [−5 −2 4; 2 −3 −3; 2 −5 −3]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Résous le système 4x + 4y = −11 et −2x + 4y = −2. Trouve x.
4x + 4y = −11−2x + 4y = −2
x =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez la projection scalaire compb a de a = (−4, 1, 6) sur b = (5, −4, 2), c’est-à-dire la composante de a dans la direction de b.
a = (−4, 1, 6)b = (5, −4, 2)
compb a =
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Une force F = (60, 50, −10) N agit au point A(−4, −3, −1). Les coordonnées sont en mètres. Trouvez la norme |M| du moment de la force par rapport à le point O(−3, −3, −2).
F = (60, 50, −10) NA(−4, −3, −1) mO(−3, −3, −2) m
|M| = N·m
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
Un jeu coûte 5 € pour jouer. Vous gagnez 20 € avec la probabilité 0,2 et 100 € avec la probabilité 0,05 ; sinon vous ne gagnez rien. La mise n’est pas remboursée. Trouvez le gain net espéré E(G) par partie.
mise = €5€20: p = 0,2€100: p = 0,05
E(G) = €
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 25, 28, 46, 36, 25, 26, 13.
n = 7
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 70 et d'écart-type 15. Trouve le score z z d'une note de 55.
μ = 70σ = 15x = 55
z =
19.Loi normaleMoyen
Faites glisser z pour que l’aire colorée sous la courbe normale centrée réduite, à droite de z, soit 0,2776. Trouvez z avec deux décimales.
A = 0,2776
z =
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 90 % des valeurs (le 90e centile).
μ = 250σ = 5P = 90%
x = g
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = −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) = −10x/(√(x2 − 10x) + x)
Diviser par x
f(x) = −10/(√(1 + (−10)/x) + 1)
Faire tendre x → ∞
L = −10/(1 + 1) = −5
Réponse
L = −5
2.Limites
Réponse: L = 0,125
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
(0,5·e0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0
Seconde application
0,25·e0,5x/2
Remplacer x par 0
L = 0,25·1/2 = 0,125
Réponse
L = 0,125
3.Dérivées
Réponse: f′(0.5) = 1,382
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(2x) + 2x·cos(2x)
Remplacer
f′(0,5) = 0,8415 + 1·0,5403 = 1,382
Réponse
f′(0,5) = 1,382
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 − 3 = 3·(x2 − 1)
Résoudre f′(x) = 0
x = −1 ou x = 1
Lequel est lequel
f″(x) = 6x : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(−1) = −6, f″(1) = 6
x = −1
Réponse
x = −1
5.Intégrales
Réponse: I = 2,333
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.
Changement de variable
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u2 du
Intégrer et évaluer
I = [u3/3]12 = (8 − 1)/3 = 2,333
Réponse
I = 2,333
6.Intégrales
Réponse: A = 0,1667
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
x2 = x → x = 0, x = 1
Intégrer la haute moins la basse
A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667
Réponse
A = 0,1667
7.Nombres complexes
Réponse: θ = 0,7854 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 = √(49 + 49) = 9,899
Argument en radians
θ = 45° = 45·π/180 = 0,7854 rad
Forme exponentielle
z = 9,899·ej0,7854
Réponse
θ = 0,7854 rad
8.Nombres complexes
Réponse: C (3∠135°)
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°, 75°, 135°, −165°, −105°, −45°
Le point
C = 3∠135°
Réponse
C (3∠135°)
9.Équations différentielles
Réponse: k = 0,01999 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−52k = 134/379
Résoudre pour k
k = ln(379/134)/52 = 0,01999 min⁻¹
Réponse
k = 0,01999 min⁻¹
10.Équations différentielles
Réponse: y(0.75) = 2,155
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 = −6, M₁₂ = 0, M₁₃ = −4
Développement par cofacteurs
det A = (−5)·(−6) − (−2)·0 + 4·(−4) = 14
Réponse
det A = 14
12.Matrices et déterminants
Réponse: x = −1,5
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 = 4·4 − 4·(−2) = 24
Remplacer la colonne de x
det Aₓ = (−11)·4 − 4·(−2) = −36
x = −36/24 = −1,5
Réponse
x = −1,5
y = −1,25
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: compb a = −1,789
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)·5 + 1·(−4) + 6·2 = −12
Longueur de b
|b| = √(5² + (−4)² + 2²) = 6,708
Projection scalaire
compb a = a·b/|b| = −12/6,708 = −1,789
Réponse
compb a = −1,789
Négatif : a a une composante dirigée à l’opposé de b.
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: |M| = 86,6 N·m
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.
Vecteur position de O à A
r = A − O = (−4, −3, −1) − (−3, −3, −2) = (−1, 0, 1) m
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: E(G) = 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: 15 (p = 0,2), 95 (p = 0,05), −5 (p = 0,75)
Espérance
E(G) = 15·0,2 + 95·0,05 − 5·0,75 = 4 €
Réponse
E(G) = 4 €
Une valeur positive signifie que vous gagnez de l’argent en moyenne.
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 10,28
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 = (55 − 70)/15 = −1
Réponse
z = −1
19.Loi normale
Réponse: z = 0,59
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 − 0,2776 = 0,7224
Lire la table de z à l’envers
Trouvez 0,7224 dans la table et lisez z.
z = 0,59
Réponse
z = 0,59
20.Loi normale
Réponse: x = 256,4 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.