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Preparation au calcul dierentiel et integral a l'universiteTexte redige par le Comite des mathematiqueset de la statistique du Conseil des provinces atlantiques pour lessciencesRevise par Robert Dawson (Saint Mary's University)Traduction francaise realisee par Michele Boutin etEric MarchandVersion adaptee par le Departement de mathematiquesde l'Universite de SherbrookeMai 2021Note : Cette brochure a pour objet de donner aux etudiants eventuels une bonneidee des notions prealables a des cours de calcul dierentiel et integral a l'Universitede Sherbrooke, notamment pour les cours CQP 201, CQP 209, MAT 900 et MAT901.Un grand nombre de matieres importantes des cours de mathematiques dusecondaire ne sont pas abordees dans cette brochure, notamment la probabilite,l'algebre lineaire et geometrie analytique des sections coniques.

Si un sujet n'estpas traite dans cette brochure, cela ne signie nullement qu'il est moins importantque les autres.

Cette brochure n'est pas concue pour servir de manuel de coursni de test de connaissances.

De plus, les auteurs ne preconisent pas une methodeparticuliere d'enseignement de la matiere qu'elle renferme.c2002, Conseil des provinces atlantiques pour les sciences, Comite des mathematiqueset de la statistiqueCette brochure peut ^etre reproduite librement a des ns educatives ou person-nelles.

1) Table des matieres1 Le calcul dierentiel et integral en annee preparatoire 31. 1) De quelles mathematiques aurai-je besoin a l'universite? . . . . . . .3 1. 2) Qu'est-ce que le calcul dierentiel et integral? . . . . . . . . . . . . .3 1. 3) Pourquoi le calcul dierentiel et integral est-il important? . . . . . .4 1. 4) De quels prealables ai-je besoin? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1. 5) En quoi consiste un cours de calcul dierentiel et integral a l'universite?5 1.

6) A L'AIDE!On veut m'enlever ma calculatrice! . . . . . . . . . . .6 2 Les mathematiques dont vous aurez besoin 82.

1) Arithmetique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 2. 2) Algebre de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 2. 3) Inegalites et valeurs absolues(mati erevue en MA T900). . . . . . . 12 2. 4) Fonctions(mati erevu een MA T900). . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2. 5) Polyn^omes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 2. 6) L'algebre des fractions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 2. 7) Rationalisation des numerateurs ou des denominateurs . . . . . . .20 2. 8) Graphes de fonctions lineaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 2.

9) Graphiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 2.10 Exposants et racines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 2.11 Logarithmes(mati erevue en MA T900). . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.12 Geometrie et trigonometrie de base(mati erevue en MA T900). . . 30 2.13 Identites trigonometriques(mati erevue en MA T900). . . . . . . . . 32 2.14 Resolution de problemes(section option nelle). . . . . . . . . . . . . 34 2.15 Des problemes plus diciles(section optionnelle) . . . . . . . . . . . 36 21 Le calcul dierentiel et integral en annee preparatoire1.

1) De quelles mathematiques aurai-je besoin a l'universite?Cela depend de la discipline dans laquelle vous vous inscrirez.

Il conviendrait deverier avec le Departement ou le comite de programme en question.

En reglegenerale, si vous visez un dipl^ome en sciences, vous aurez probablement besoin d'unou de plusieurs cours de calcul dierentiel et integral.

Dans certains programmes,ce sont des cours de statistique qui sont privilegies.

Pour obtenir un dipl^ome enphysique, genie, mathematiques ou informatique (et dans certaines autres disci-plines), il vous faudra des cours supplementaires de mathematiques allant au-delades cours de niveau collegial.Certains departements (autres que le Departement de mathematiques) orentleurs propres cours de calcul dierentiel et integral, d'algebre lineaire ou de statis-tique.

Dans ce cas, vous ne serez peut-^etre pas tenu(e) de suivre des cours detype CQP, MAT proposes par le Departement de mathematiques de l'Universite deSherbrooke.1.

2) Qu'est-ce que le calcul dierentiel et integral?Le calcul dierentiel et integral est une branche des mathematiques qui porte surles taux de variation.

Il remonte a la Grece et a la Chine antiques, mais dans saforme actuelle, il a commence avec Newton et Leibnitz au XVIIesiecle.

On l'utiliseaujourd'hui beaucoup dans de nombreux domaines scientiques.Les notions de base du calcul dierentiel et integral englobent la limite, la deriveeet l'integrale.

La derivee d'une fonction est son taux de variation instantane parrapport a une autre variable.

Ainsi, la derivee de lahauteur(en rapport avec laposition) est lapente; la derivee de laposition(en rapport avec le temps) est lavelocite; et la derivee de lavelocite(en rapport avec le temps) estl'acceleration.L'integrale d'une fonction peut ^etre percue par exemple comme etant l'aire setrouvant sous son graphe ou comme une sorte de total en fonction du temps.

Ainsi,l'integrale de lapenteest (a une constante pres) lahauteur; l'integrale de lavelociteest (a une constante pres) lapositionet l'integrale del'acceleration(enrapport avec le temps) est lavelocite.

Comme vous l'aurez peut-^etre devine, lesintegrales et les derivees sont reliees et, dans un sens, opposees.De nombreuses fonctions, mais pas toutes, peuvent ^etre representees par desexpressions algebriques.

Par exemple, l'aire d'un cercle est reliee a son rayon parla formuleA=r2, et la distancedsur laquelle un corps tombe dans un tempst,en demarrant immobile, s'exprime comme suit :d=12at2.

Le calcul dierentiel etintegral nous permet de trouver des expressions pour l'integrale et la derivee de lafonction a partir de son expression algebrique.31.

3) Pourquoi le calcul dierentiel et integral est-il impor-tant?En sciences, de nombreux processus impliquant une variation ou des variables relieessont etudies.

Si ces variables sont liees d'une facon impliquant la chance et unevariation aleatoire importante, la statistique est l'un des principaux outils que l'onutilisera pour etudier les liens existants.

Cependant, dans les cas ou un modeledeterministe constitue au moins une approximation valable, le calcul dierentielet integral est un outil permettant d'etudier ecacement les facons dont les vari-ables interagissent.

Les situations impliquant des taux de variation au l du tempsou des taux de variation d'un lieu a un autre sont des exemples particulierementimportants.La physique, l'astronomie, les mathematiques et le genie sont des domaines oule calcul dierentiel et integral joue un r^ole primordial; on peut dicilement voircomment une seule de ces disciplines existerait dans sa forme moderne sans le calculdierentiel et integral.

Toutefois, la biologie, la chimie, l'economie, l'informatiqueet d'autres sciences utilisent aussi le calcul dierentiel et integral.

De nombreusesfacultes de sciences exigent donc que tous leurs etudiant(e)s suivent un cours decalcul dierentiel et integral; dans d'autres cas, l'etudiant(e) pourra peut-^etre choisirentre des cours de calcul dierentiel et integral, de statistique et d'informatique, parexemple.Il faut bien comprendre que les mathematiques ne se limitent pas au calculdierentiel et integral.

L'algebre lineaire, la probabilite, la geometrie et la combi-natoire ne sont que quelques-unes des branches des mathematiques abordees dansles ecoles qui sont importantes au niveau universitaire.

Les competences en matierede resolution de problemes, qui touchent toutes les branches des mathematiques,permettent d'appliquer les mathematiques a d'autres sujets.1.

4) De quels prealables ai-je besoin?Vous devez avoir suivi le cours de mathematiques preparatoires au calcul dierentielet integral de 12eannee ou un cours equivalent et avoir bien compris la matiere.Vous trouverez dans la seconde partie de cette brochure des exemples des chosesque vous devriez pouvoir faire.Vous n'avez pas besoin d'avoir suivi un cours de calcul dierentiel et integral ausecondaire; si vous l'avez fait, ne croyez pas que vous pouvez sauter des cours oune pas etudier durant la premiere partie du cours de calcul dierentiel et integral.A l'universite, le calcul dierentiel et integral est aborde plus en profondeur quedans la plupart des cours du secondaire, m^eme si la matiere semble ^etre la m^eme.N'oubliez pas non plus de continuer a utiliser vos competences en algebre et autresbranches des mathematiques pour ne pas les perdre.41.

5) En quoi consiste un cours de calcul dierentiel et integrala l'universite?Vous constaterez probablement qu'a l'universite les cours de calcul dierentiel etintegral se deroulent a un rythme plus rapide qu'au secondaire.

Vous, et vousseul(e), serez responsable de remettre vos travaux a temps et d'^etre present(e) auxcours, aux contr^oles et aux examens.Vous ne pourrez reussir ce cours en vous contentant de memoriser toute lamatiere; il vous faudra aussi la comprendre, chose qui ne se produira pas instan-tanement et que le ma^tre ne pourra pas faire a votre place.

Vous devrez faire deseorts soutenus et participer activement au cours.

Si vous travaillez avec constancejusqu'a la n, vous serez recompense(e) de vos eorts.La matiere du cours se compose d'un nombre plut^ot restreint de grands principeset d'un nombre modere de formules que vous devrez savoir et non de centainesde raccourcis et de regles particulieres.

Les etudiant(e)s font souvent l'erreur,particulierement en ce qui a trait aux problemes sous forme d'enonce, d'essayerd'apprendre une regle pour chaque type de probleme.

Ne faites pas ca;essayezplut^ot de comprendre les divers elements des problemes.Voici les etapes d'apprentissage et de ma^trise d'une nouvelle notion de calculdierentiel et integral :Pour commencer, vous devriezavant le cours lire dans votre manuel lamatiere qui suivrapour avoir une idee de ce que dira l'enseignant(e).

Celavous aidera a suivre le cours et a prendre des notes plus facilement.Dans son cours,l'enseignant(e) presentera la nouvelle notion, donnerades exemples et expliquera peut-^etre ses liens avec d'autres notions.

Il pourraaussi suggerer des facons de resoudre des problemes.Travaillez a resoudre des problemes, faites les travaux demandes (y com-pris etudier encore les problemes si necessaire, qu'on vous le demande ounon) et assurez-vous de comprendre ce que vous faites.

Il est preferable detravailler pendant environ une heure plusieurs fois par semaine qu'une seulefois pendant longtemps.La constance dans le travail est essentielle al'apprentissage; les cours ne servent qu'a vous aider a vous engagerdans ce processus.Si vous ne comprenez pas quelque chose, determinez bien de quoi il s'agitetallez demander de l'aide.Soyez pr^et a expliquer au professeur(e) ou aucharge(e) de cours (ou a un(e) ami(e), a la personne-ressource du centre d'aideen mathematiques, ou a quelqu'un d'autre) ce que vous ne comprenez pas.(Dire \ je ne comprends rien " ne sert pas a grand-chose.) Par ailleurs, n'allezpas demander a l'enseignant de vous dire comment repondre a la question6.11 et refuser d'ecouter des explications detaillees.

5) Enn, sachez que l'on veriera vos connaissancespar des questionnairesd'evaluation, des examens de mi-parcours ou les examens de n d'annee.

Lesexamens compteront probablement pour la majeure partie de votre note.

Sivous avez remis des travaux copies mal compris, vous perdrez plus de pointsau moment des examens que vous en aurez gagnes a court terme.

Mais sivous suivez bien les enseignements et remettez les travaux demandes en vousassurant de tout comprendre avant d'al