Toutes les leçons du chapitre, prêtes pour le papier. Les séries d'exercices sont notées A, B, C… et corrigées à la fin.
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Terminale, spécialité
Primitives et équations différentielles
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1. Primitives
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
Quelle fonction a pour dérivée 3x2 ?
x3
6x
L'idée clé
F est une primitive de f sur un intervalle si F′=f, c'est-à-dire si F est solution de l'équation différentielle y′=f. Deux primitives d'une même fonction diffèrent d'une constante.
Primitives de référence : xn→n+1xn+1 pour n=−1 ; x1→lnx sur ]0;+∞[ ; x1→2x ; ex→ex ; cosx→sinx ; sinx→−cosx.
Exemple corrigé
Trouve la primitive F de f(x)=4x3+sinx telle que F(0)=2.
F(x)=x4−cosx+C
Terme à terme.
C=3
F(0) = 0 − 1 + C = 2.
F(x)=x4−cosx+3
On vérifie en dérivant.
À toi, guidé
À toi : f(x)=6x2, avec F(0)=0.
F(x)=2x3
6x³/3.
Entraînement ★
Trouve la primitive F de f(x)=4x3+9 telle que F(0)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=2x2+8 telle que F(0)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=5x4+6 telle que F(0)=0.
Attention !
Entraînement ★★
Trouve la primitive F de f(x)=cosx+ex telle que F(0)=6.
Trouve la primitive F de f(x)=cosx+ex telle que F(0)=4.
Trouve la primitive F de f(x)=x1, pour x>0, telle que F(1)=−9.
Trouve la primitive F de f(x)=x1, pour x>0, telle que F(1)=8.
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
Trouve la primitive F de f(x)=4x3+9 telle que F(0)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=2x2+8 telle que F(0)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=5x4+6 telle que F(0)=0.
Avec u = x² + 1, on a u' = 2x. Il manque un facteur 2.
F(x)=21×5(x2+1)5
u'u⁴ a pour primitive u⁵/5.
F(x)=10(x2+1)5
On simplifie.
À toi, guidé
À toi : une primitive de 3x2ex3.
ex3
u = x³ et u' = 3x² : c'est exactement u'eᵘ.
Entraînement ★
Trouve la primitive F de f(x)=(2x+2)5 telle que F(−22)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=(3x+1)5 telle que F(−31)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=(6x+1)2 telle que F(−61)=0.
Attention !
Entraînement ★★
Trouve la primitive F de f(x)=e4x telle que F(0)=41.
Trouve la primitive F de f(x)=e3x telle que F(0)=31.
Sur R, trouve la primitive F de f(x)=x2+82x qui s'annule en 0.
Sur R, trouve la primitive F de f(x)=x2+92x qui s'annule en 0.
Trouve la primitive F de f(x)=cos(5x) telle que F(0)=0.
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
Trouve la primitive F de f(x)=(2x+2)5 telle que F(−22)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=(3x+1)5 telle que F(−31)=0.
Trouve la primitive F de f(x)=(6x+1)2 telle que F(−61)=0.
Fiche résumé
Formes composées
u′eu→eu ; uu′→lnu ; u′un→n+1un+1.
S'il manque un facteur constant, on l'ajuste.
Attention : un facteur x ne s'ajuste pas ; seul un facteur constant le peut.
3. Équations différentielles : solutions et équilibres
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
Une équation différentielle relie une fonction et ses dérivées. La fonction y=e2x est-elle solution de y′=2y ?
Oui
Non
L'idée clé
Une solution est une fonction, pas un nombre.
Une équation différentielle relie y, ses dérivées et la variable. Une fonction est solution si, une fois remplacée, les deux membres sont égaux pour tout x. Une solution constante y=c vérifie y′=0.
Exemple corrigé
Trouve la solution constante de y′=3(y−5), et vérifie que y=5+2e3t est solution.
3(y−5)=0, donc y=5
Solution constante : y' = 0.
y′=6e3t
On dérive la fonction proposée.
C'est bien une solution.
Second membre : 3 × 2e³ᵗ = 6e³ᵗ. Ils sont égaux.
À toi, guidé
À toi : la solution constante de y′=2(4−y).
y=4
On pose 2(4 − y) = 0.
Entraînement ★
Quelle fonction est solution de y′=5y ?
y=3e5x
y=e3x
y=5xy
y=ex+5
Quelle fonction est solution de y′=6y ?
y=3e6x
y=e3x
y=6xy
y=ex+6
y′=5(y−3). Trouve la solution constante y=c.
y′=8(y−2). Trouve la solution constante y=c.
Attention !
Entraînement ★★
Pour quelle valeur de k>0 la fonction y=ekx est-elle solution de y′′−9y=0 ?
Pour quelle valeur de k>0 la fonction y=ekx est-elle solution de y′′−36y=0 ?
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
y′=5(y−3). Trouve la solution constante y=c.
y′=8(y−2). Trouve la solution constante y=c.
y′=8(y−1). Trouve la solution constante y=c.
Fiche résumé
Équations différentielles
Vérifier une solution : dériver, remplacer, comparer.
Solution constante : on résout y′=0.
Attention : une solution constante vérifie y′=0, pas y=0.
4. Équation différentielle y' = ay
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
Une quantité croît à une vitesse proportionnelle à sa valeur : y′=2y. Quelle forme ont les solutions ?
y=Ce2x
y=e2x uniquement
L'idée clé
Les solutions forment une famille de courbes, une pour chaque constante.
Les solutions de y′=ay sur R sont les fonctions x↦Ceax, où C est un réel.
Une condition y(x0)=y0 détermine une unique solution.
Exemple corrigé
Résous y′=−3y avec y(0)=5.
y=Ce−3x
La forme générale, avec a = −3.
C=5
y(0) = C × e⁰ = C.
y=5e−3x
On conclut.
À toi, guidé
À toi : y′=4y avec y(0)=2.
y=2e4x
y = Ce⁴ˣ et C = 2.
Entraînement ★
Résous l'équation différentielle y′=6y avec la condition y(0)=9.
Résous l'équation différentielle y′=5y avec la condition y(0)=4.
Résous l'équation différentielle y′=4y avec la condition y(0)=2.
Attention !
Entraînement ★★
Une quantité vérifie y′=−5y et y(0)=7. Que vaut y en fonction de x ?
Une quantité vérifie y′=−2y et y(0)=3. Que vaut y en fonction de x ?
Quelle est la forme de toutes les solutions de y′=6y ?
y=Ce6x, C réel
y=e6x+C
y=Ce−6x
y′=y et y(0)=7. Calcule y(1).
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
Résous l'équation différentielle y′=6y avec la condition y(0)=9.
Résous l'équation différentielle y′=5y avec la condition y(0)=4.
Résous l'équation différentielle y′=4y avec la condition y(0)=2.
Fiche résumé
y′=ay
Solutions : Ceax.
La condition initiale donne C.
Attention : C multiplie l'exponentielle, il ne s'y ajoute pas.
5. Équation différentielle y' = ay + b
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
Un café à 80 °C refroidit dans une pièce à 20 °C : sa température vérifie y′=−0,1y+2. Vers quelle température tend-elle ?
20 °C
0 °C
L'idée clé
On ajoute une solution constante aux solutions de y′=ay.
Pour a=0, y′=ay+b a pour solution constantey0=−ab.
Toutes les solutions sont x↦Ceax−ab, où C est un réel.
Exemple corrigé
Résous y′=2y−6 avec y(0)=5.
y0=3
Solution constante : 2y − 6 = 0.
y=Ce2x+3
On ajoute Ce²ˣ.
C=2
y(0) = C + 3 = 5.
y=2e2x+3
On conclut.
À toi, guidé
À toi : quelle est la solution constante de y′=3y+12 ?
y0=−4
3y + 12 = 0.
Entraînement ★
Quelle est la solution constante de l'équation différentielle y′=2y−8 ?
Quelle est la solution constante de l'équation différentielle y′=5y−30 ?
Quelle est la solution constante de l'équation différentielle y′=2y−6 ?
Attention !
Entraînement ★★
Résous y′=5y−15 avec y(0)=8.
Résous y′=4y−20 avec y(0)=7.
Résous y′=2y−10 avec y(0)=8.
Problème final. On résout y′=−5y+15 avec y(0)=7.
La solution de y′=−1y+4 avec y(0)=12 s'écrit y=8e−1x+4. Quelle est sa limite en +∞ ?
Laquelle de ces fonctions constantes est solution de y′=6y−30 ?
y=5
y=30
y=0
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
Quelle est la solution constante de l'équation différentielle y′=2y−8 ?
Quelle est la solution constante de l'équation différentielle y′=5y−30 ?
Quelle est la solution constante de l'équation différentielle y′=2y−6 ?
Fiche résumé
y′=ay+b
Solution constante : −ab.
Solutions : Ceax−ab.
Une condition initiale donne C.
Attention : pour trouver C, utilise la solution complète, avec la constante.
6. Équation différentielle y' = ay + f
Échauffement
Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.
Découvrir
On admet que yp(x)=2x est solution de y′=y−2x+2. Quelle est la différence entre une autre solution y et yp ?
Elle vérifie z′=z
Elle est nulle
L'idée clé
Une solution particulière suffit pour avoir toutes les solutions.
Si yp est une solution particulière de y′=ay+f, alors toutes les solutions sont x↦Ceax+yp(x), où C est un réel.
Exemple corrigé
On admet que yp(x)=x+1 est solution de y′=2y−2x−1. Trouve la solution avec y(0)=4.
y=Ce2x+x+1
Toutes les solutions, avec a = 2.
C=3
y(0) = C + 1 = 4.
y=3e2x+x+1
On conclut.
À toi, guidé
À toi : avec y=Cex+x et y(0)=6, trouve C.
C=6
y(0) = C + 0.
Entraînement ★
Les solutions d'une équation différentielle sont y=Ce5x+3x+2. Quelle valeur de C correspond à la condition y(0)=4 ?
Les solutions d'une équation différentielle sont y=Ce5x+6x+6. Quelle valeur de C correspond à la condition y(0)=8 ?
Les solutions d'une équation différentielle sont y=Ce3x+4x+4. Quelle valeur de C correspond à la condition y(0)=6 ?
Attention !
Entraînement ★★
yp(x)=6x est solution de y′=5y+f(x). Quelle est la forme de toutes les solutions ?
Ce5x+6x
Ce5x×6x
6x uniquement
yp(x)=5x est solution de y′=2y+f(x). Quelle est la forme de toutes les solutions ?
Ce2x+5x
Ce2x×5x
5x uniquement
yp(x)=3x est solution de y′=y+f(x). Quelle est la valeur de f(0) ?
Les solutions sont y=Ce3x+2x. Pour y(0)=2, que vaut C ?
Bilan
Trois questions pour vérifier que c'est acquis.
Les solutions d'une équation différentielle sont y=Ce5x+3x+2. Quelle valeur de C correspond à la condition y(0)=4 ?
Les solutions d'une équation différentielle sont y=Ce5x+6x+6. Quelle valeur de C correspond à la condition y(0)=8 ?
Les solutions d'une équation différentielle sont y=Ce3x+4x+4. Quelle valeur de C correspond à la condition y(0)=6 ?
Fiche résumé
y′=ay+f
Solutions : Ceax+yp(x), avec yp une solution particulière donnée.
Attention : la constante C se calcule sur la solution complète.
Corrigé: Primitives et équations différentielles
1. Primitives
A
x4+9x
32x3+8x
x5+6x
B
ex+sin(x)+5
ex+sin(x)+3
C
ln(x)−9
ln(x)+8
D
x4+9x
32x3+8x
x5+6x
2. Reconnaître une dérivée composée pour trouver une primitive
A
12(2x+2)6
18(3x+1)6
18(6x+1)3
B
4e4x
3e3x
C
ln(x2+8)−ln(8)
ln(x2+9)−ln(9)
D
5sin(5x)
E
12(2x+2)6
18(3x+1)6
18(6x+1)3
3. Équations différentielles : solutions et équilibres