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 + 2/x)2x. Donnez une valeur décimale.
f(x) = (1 + 2/x)2xx → ∞
L =
2.LimitesDifficile
Trouvez la limite L = limx→0 (e1,5x − 1 − 1,5x)/x².
f(x) = (e1,5x − 1 − 1,5x)/x²x → 0
L =
3.DérivéesMoyen
Soit f(x) = ln(3x2 + 1). Calcule f′(2).
f(x) = ln(3x2 + 1)x = 2
f′(2) =
4.DérivéesDifficile
Soit f(x) = x3 − 6x2 + 9x − 1. Trouve l'abscisse x du maximum local.
f(x) = x3 − 6x2 + 9x − 1
x =
5.IntégralesMoyen
Calcule I = ∫01 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 1]
I =
6.IntégralesDifficile
Calcule l'aire A du domaine entre la parabole y = 4 − x² et l'axe des x.
y = 4 − x²
A =
7.Nombres complexesMoyen
Le nombre z = 2,5·ej1,2 a son angle en radians. Trouvez sa partie imaginaire b.
r = 2,5θ = 1,2 rad
b =
8.Nombres complexesDifficile
Les racines de zⁿ = w avec n = 2 et w = 25∠90° sont zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1. Trouvez l’argument de z₁ en degrés, entre −180° et 180°.
w = 25∠90°n = 2k = 1
θ₁ = °
9.Équations différentiellesMoyen
Une pièce d’acier forgé à 400 °C refroidit dans un atelier à 23 °C. Elle suit la loi de refroidissement de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Avec k = 0,03 min⁻¹, trouvez sa température T au bout de 13 min.
T0 = 400 °CTa = 23 °Ck = 0,03 min⁻¹t = 13 min
T = °C
10.Équations différentiellesDifficile
Un système obéit à y″ + y′ + 25,25y = 25,25 pour t ≥ 0, à partir du repos : y(0) = 0, y′(0) = 0. Trouvez y(1,5) ; angles en radians.
y″ + y′ + 25,25y = 25,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(1.5) =
11.Matrices et déterminantsMoyen
Calcule le déterminant det A de la matrice 3×3 A représentée.
A = [5 5 −4; −5 −3 −4; −3 5 4]
det A =
12.Matrices et déterminantsDifficile
Trouve la plus grande valeur propre λ de la matrice A représentée.
A = [2 −2; −5 −1]
λ =
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielMoyen
Trouvez l’angle θ entre les vecteurs a = (−5, −1, −2) et b = (−2, 4, 0), en degrés.
a = (−5, −1, −2)b = (−2, 4, 0)
θ = °
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectorielDifficile
Trouvez l’aire A du parallélogramme engendré par a = (−1, −4, −4) et b = (0, −3, 5).
a = (−1, −4, −4)b = (0, −3, 5)
A =
15.ProbabilitésMoyen
Un sac contient 7 boules rouges et 6 bleues. Tu tires deux boules sans remettre la première. Quelle est la probabilité P que les deux soient rouges ?
7 / 6
P =
16.ProbabilitésDifficile
Un test comporte 9 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,1, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 1 bonnes réponses ?
n = 9p = 0,1k = 1
P =
17.Statistique descriptiveMoyen
Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 46, 42, 51, 59, 13.
n = 5
s =
18.Statistique descriptiveDifficile
Une grandeur suit une loi normale de moyenne 70 et d'écart-type 15. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 92,5 ?
μ = 70σ = 15x = 92,5
P =
19.Loi normaleMoyen
X est normale de moyenne 120 mm et d’écart-type 0,3 mm ; Y est indépendante et normale de moyenne 80 mm et d’écart-type 0,4 mm. Trouvez la probabilité P que X + Y dépasse 200,5 mm. Arrondissez z à deux décimales.
μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 200,5 mm
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 75 % des valeurs (le 75e centile).
μ = 250σ = 5P = 75%
x = g
3Solutions
1.Limites
Réponse: L = 54,6
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→∞ 2·x·ln(1 + 2/x)
Évaluer
ln(1 + u)/u → 1 quand u → 0, donc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·2 = 4
Annuler le logarithme
L = e4 = 54,6
Réponse
L = 54,6
2.Limites
Réponse: L = 1,125
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
(1,5·e1,5x − 1,5)/(2x) → 0/0
Seconde application
2,25·e1,5x/2
Remplacer x par 0
L = 2,25·1/2 = 1,125
Réponse
L = 1,125
3.Dérivées
Réponse: f′(2) = 0,9231
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 + 1)
Remplacer
f′(2) = 12/13 = 0,9231
Réponse
f′(2) = 0,9231
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 − 12x + 9 = 3·(x2 − 4x + 3)
Résoudre f′(x) = 0
x = 1 ou x = 3
Lequel est lequel
f″(x) = 6x − 12 : négative en un maximum, positive en un minimum.
f″(1) = −6, f″(3) = 6
x = 1
Réponse
x = 1
5.Intégrales
Réponse: I = 0,7869
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.
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
4 − x² = 0 → x = ±2
Intégrer
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Réponse
A = 10,67
7.Nombres complexes
Réponse: b = 2,33
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.
Formule d’Euler
z = 2,5·(cos 1,2 + j sin 1,2)
Composantes (radians)
a = 2,5·cos 1,2 = 0,9059
b = 2,5·sin 1,2 = 2,33
b = 2,33
Réponse
b = 2,33
8.Nombres complexes
Réponse: θ₁ = −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 des racines
251/2 = 5
Argument de la racine
θ₁ = (90° + 360°·1)/2 = 225° → −135°
Argument
θ₁ = −135°
Réponse
θ₁ = −135°
Les 2 racines sont sur le cercle de rayon 5, espacées de 180°.
9.Équations différentielles
Réponse: T = 278,3 °C
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.
Solution de la loi de refroidissement
T(t) = 23 + 377·e−0,03t
Remplacer t
T(13) = 23 + 377·0,6771 = 278,3 °C
Réponse
T = 278,3 °C
10.Équations différentielles
Réponse: y(1.5) = 0,792
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 = 8, M₁₂ = −32, M₁₃ = −34
Développement par cofacteurs
det A = 5·8 − 5·(−32) + (−4)·(−34) = 336
Réponse
det A = 336
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 − (1)λ + (−12) = 0
Résoudre
λ = (1 ± √(49))/2 → λ = −3, 4
λ = 4
Réponse
λ = 4
13.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: θ = 75,82 °
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 = (−5)·(−2) + (−1)·4 + (−2)·0 = 6
Normes
|a| = √((−5)² + (−1)² + (−2)²) = 5,477
|b| = √((−2)² + 4² + 0²) = 4,472
Angle
cos θ = 6/(5,477·4,472) = 0,2449
θ = arccos(0,2449) = 75,82°
Réponse
θ = 75,82°
14.Vecteurs : produit scalaire et produit vectoriel
Réponse: A = 32,53
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 = (−4)·5 − (−4)·(−3) = −32
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·0 − (−1)·5 = 5
(a × b)z = axby − aybx = (−1)·(−3) − (−4)·0 = 3
Surface
A = |a × b| = √((−32)² + 5² + 3²) = 32,53
Réponse
A = 32,53
15.Probabilités
Réponse: P = 0,2692
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 = 7/13 · 6/12 = 42/156 = 0,2692
Réponse
P = 0,2692
16.Probabilités
Réponse: P = 0,3874
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.
Formule binomiale
P(X = 1) = 9·0,11·0,98 = 9·0,1·0,4305 = 0,3874
Réponse
P = 0,3874
17.Statistique descriptive
Réponse: s = 17,51
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 = 1,5
Table de la loi normale
Φ(1,5) = 0,9332
P = 1 − 0,9332 = 0,06681
Réponse
P = 0,06681
19.Loi normale
Réponse: P = 0,1587
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 de la somme
μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm
Centrer-réduire
z = (200,5 − 200)/0,5 = 1
Queue supérieure
P = 1 − Φ(1) = 1 − 0,8413 = 0,1587
Réponse
P = 0,1587
20.Loi normale
Réponse: x = 253,4 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.