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→∞ (5x3 − 6x + 1)/(4x3 + 3x + 2).
f(x) = (5x3 − 6x + 1)/(4x3 + 3x + 2)x → ∞
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) = x2·e2x. Calcule f′(1,5).
f(x) = x2·e2xx = 1,5
f′(1.5) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 − 3x + 2. Trouve l'abscisse x du minimum local.
f(x) = x3 − 3x + 2
x =
5.IntégralesMoyen
Calculez I = ∫₁6 x·ln x dx.
∫₁6 x ln x dx
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine délimité par y = x2 et y = 3x.
y = x2y = 3x
A =
7.Nombres complexesMoyen
Écrivez z = 2∠35° sous forme rectangulaire a + jb et donnez la partie imaginaire b.
r = 2θ = 35°
b =
8.Nombres complexesDifficile
Trouvez la partie réelle de (1 − j)⁴.
z = 1 − jn = 4
Re(z⁴) =
9.Équations différentiellesMoyen
Résolvez y″ + 3y′ + 2y = 0 avec y(0) = 1 et y′(0) = 6. Trouvez y(2).
y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 1y′(0) = 6
y(2) =
10.Équations différentiellesDifficile
Résolvez y″ + 3y′ + 18,25y = 0 avec y(0) = 1 et y′(0) = 0 (lâché sans vitesse initiale). Trouvez y(1) ; angles en radians.
y″ + 3y′ + 18,25y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(1) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Soit C = AB pour les matrices représentées. Trouve le coefficient c22 (ligne 2, colonne 2).
A = [−5 −3; 0 6]B = [4 −3; −3 5]
c22 =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Résous le système 3x + 3y = 5 et −6x − 5y = −6. Trouve x.
3x + 3y = 5−6x − 5y = −6
x =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Une force constante F = (30, −20, 5) N agit sur un objet pendant qu’il se déplace en ligne droite du point A(4, −4, 3) au point B(3, 5, 2). Les coordonnées sont en mètres. Trouvez le travail W effectué par la force.
F = (30, −20, 5) NA(4, −4, 3) mB(3, 5, 2) m
W = J
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Trouvez l’aire A du triangle de sommets A(−2, 4, 3), B(−4, −4, −2) et C(1, −4, 4). Les coordonnées sont en mètres.
A(−2, 4, 3)B(−4, −4, −2)C(1, −4, 4)
A = m²
15.ProbabilitésMoyen
Un sac contient 5 boules rouges et 8 bleues. Tu tires deux boules sans remettre la première. Quelle est la probabilité P que les deux soient rouges ?
5 / 8
P =
16.ProbabilitésDifficile
Un jeu coûte 2 € pour jouer. Vous gagnez 4 € avec la probabilité 0,1 et 100 € avec la probabilité 0,01 ; sinon vous ne gagnez rien. La mise n’est pas remboursée. Trouvez le gain net espéré E(G) par partie.
mise = €2€4: p = 0,1€100: p = 0,01
E(G) = €
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 29, 17, 27, 42, 56, 43.
n = 6
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 52,5.
μ = 60σ = 5x = 52,5
z =
19.Loi normaleMoyen
On suppose que les tailles des hommes adultes suivent une loi normale de moyenne 178 cm et d’écart-type 7 cm. Quelle proportion se situe entre 167,5 et 183,6 cm ? Donnez P sous forme décimale.
μ = 178σ = 7x1 = 167,5x2 = 183,6
P =
20.Loi normaleDifficile
Les les masses des sachets suivent une loi normale de moyenne 250 g et d’écart type 5 g. Faites glisser le seuil pour que les 60 % les plus élevés (zone colorée) soient à sa droite. Trouvez le seuil x.
μ = 250 gσ = 5 g60%
x = g
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = 1,25
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
(5 + (−6)/x2 + 1/x3)/(4 + 3/x2 + 2/x3)
Faire tendre x → ∞
L = 5/4 = 1,25
Réponse
L = 1,25
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
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′(1.5) = 150,6
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·(2x + 2·x2)
Remplacer
f′(1,5) = 20,09·(3 + 4,5) = 150,6
Réponse
f′(1,5) = 150,6
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 = 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 = 4,5
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 = 3x → x = 0, x = 3
Intégrer la haute moins la basse
A = [1,5x2 − 0,3333x3]03 = 4,5
Réponse
A = 4,5
7.Nombres complexes
Réponse: b = 1,147
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 = 2·cos(35°) = 1,638
b = 2·sin(35°) = 1,147
Forme rectangulaire
z = 1,638 + j1,147
b = 1,147
Réponse
b = 1,147
8.Nombres complexes
Réponse: Re(z⁴) = −4
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.
Puissances étape par étape
z² = (1 − j)(1 − j) = −j2
z³ = (−j2)(1 − j) = −2 − j2
z⁴ = (−2 − j2)(1 − j) = −4
Vérifier avec De Moivre
z = 1,414∠−45° → z⁴ = 4∠180°
Re(z⁴) = −4
Réponse
Re(z⁴) = −4
9.Équations différentielles
Réponse: y(2) = 0,9545
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 + 1)(r + 2) = 0 → r = −1, −2
Constantes à partir des valeurs initiales
A + B = 1, −1A − 2B = 6
A = 8, B = −7
Évaluer
y(2) = 8·e−2 + (−7)·e−4 = 0,9545
Réponse
y(2) = 0,9545
10.Équations différentielles
Réponse: y(1) = −0,2092
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 complexes
r = −1,5 ± 4j
Constantes
A = 1, B = 1,5·1/4 = 0,375
Évaluer
y(1) = e−1,5(1·cos 4 + 0,375·sin 4) = −0,2092
Réponse
y(1) = −0,2092
11.Matrices et déterminants
Réponse: c22 = 30
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
c22 = 0·(−3) + 6·5 = 30
Réponse
c22 = 30
12.Matrices et déterminants
Réponse: x = −2,333
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 = 3·(−5) − 3·(−6) = 3
Remplacer la colonne de x
det Aₓ = 5·(−5) − 3·(−6) = −7
x = −7/3 = −2,333
Réponse
x = −2,333
y = 4
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: W = −215 J
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.
Déplacement
d = B − A = (3, 5, 2) − (4, −4, 3) = (−1, 9, −1) m
Travail
W = F·d = 30·(−1) + (−20)·9 + 5·(−1) = −215 J
Réponse
W = −215 J
Travail négatif : la force agit surtout contre le mouvement.
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: A = 31,91 m²
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 = 5/13 · 4/12 = 20/156 = 0,1282
Réponse
P = 0,1282
16.Probabilités
Réponse: E(G) = −0,6 €
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: 2 (p = 0,1), 98 (p = 0,01), −2 (p = 0,89)
Espérance
E(G) = 2·0,1 + 98·0,01 − 2·0,89 = −0,6 €
Réponse
E(G) = −0,6 €
Une valeur négative signifie que vous perdez de l’argent en moyenne.
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 13,97
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 = (52,5 − 60)/5 = −1,5
Réponse
z = −1,5
19.Loi normale
Réponse: P = 0,7213
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 = (167,5 − 178)/7 = −1,5
z₂ = (183,6 − 178)/7 = 0,8
Aire entre les deux valeurs
P = Φ(0,8) − Φ(−1,5) = 0,7881 − 0,06681 = 0,7213
Réponse
P = 0,7213
20.Loi normale
Réponse: x = 248,8 g
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.