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Travaux dirigés de programmation en Langage C
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Exercices de maths de la PTSI B du lycée Eiffel
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Séance n°4 – Organisation juridictionnelle. Correction. Exercice : Question n°1 : Selon les documents 3 et 4 repérer et décrire la structure de l'arrêt ci-.
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![Séance n 4 Eléments finis en dimension 1 et 2 Corrigé Séance n 4 Eléments finis en dimension 1 et 2 Corrigé](https://pdfprof.com/Listes/16/37159-16ma201-td04corr.pdf.pdf.jpg)
TDMA201CalculScientique
Seanceno4
Elementsnisendimension1et2
Corrige
6Decembre2005
etestimationsd'erreurendimension1 surI=]a;b[etveriant:0 0 (1) 8 d dx(pdudx)+qu=fx2I; p(b)du dx(b)+u(b)=0; p(a)du dx(a)+u(a)=0: eectueuneintegrationparparties Z I pdu dxdvdxdx+Z I quvdxp(b)dudx(b)v(b)+p(a)dudx(a)v(a)=Z I fv: 1 TDMA201CalculScientique
associeeauprobleme(1): (2)8 :Trouveru2H1(I)telque: a(u;v)=l(v);8v2H1(I); avec a(u;v)=Z I pdudxdvdxdx+Z I quvdx+u(b)v(b)+u(a)v(a); l(v)=Z I fvdx: lacontinuitedel(:)eta(:;:): jl(v)j=jZ I fvdxjkfkL2kvkL2; kfkL2kvkH1: ja(u;v)jpZ I jdu dxjjdvdxjdx+qZ I jujjvjdx+ju(b)jjv(b)j+ju(a)jjv(a)j Enutilisantl'inegalitedeCauchy-Schwartz:
p Z I jdu dxjjdvdxj+qZ I jujjvjdxpkdudxkL2kdvdxkL2+qkukL2kvkL2; ju(b)jjv(b)j+ju(a)jjv(a)j2C2IkukH1kvkH1; onobtient: ja(u;v)jCkukH1kvkH1;C=p 2max(p;q)+2C2I:
Lacoercivitedeaestimmediate:
a(u;u)Z I pjdu dxj2dx+Z I qu2dxmin(p;q)kuk2 H1: obtientalors d dx(pdudx)+qu=fausensdesdistributions p(b)du dx(b)+u(b)=0: 2 TDMA201CalculScientique
1.3-Onal'expressionsuivantedewj:
w j(x)=8 :x j1x xj1xjsix2[xj1;xj]; x j+1x xj+1xjsix2[xj;xj+1]; 0sinon
combinaisonlineairedecoecientsjtelleque: n X j=0 jwj(x)=0: baseestlibre. pointsdistincts.Onendeduit: h+v(xi+1)xxih Enutilisantl'identite
(3)v(x)=v(xi)+(xxi)v0(xi)+Z x x i(xt)v00(t)dt pourx=xi+1,onobtient hvj[xi;xi+1]=v(xi)+(xxi)v0(xi)+(xxi) hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt jvhvj2= Z x x i(xt)v00(t)dt+(xxi) hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt 2 Z x x i(xt)2dtZ x x ijv00(t)j2+(xxi)2 h2Z xi+1 x i(xi+1t)2dtZ xi+1 x ijv00(t)j2dt; 2 3h3kv00k2
L2[xi;xi+1]
3 TDMA201CalculScientique
Onendeduitalors:
kvhvk2 L2(I)=X
iZ xi+1 x ijvhvj2dx; 2 3h4X ikv00k2 L2[xi;xi+1];
2 3h4kvk2
H2(I);
d'ou kvhvkL2(I)Ch2kvkH2(I) dhv dxj[xi;xi+1]=v(xi+1)v(xi)h=v0(xi)+1hZ xi+1 x i(xit)v00(t)dt; v 0(x)=v0(xi)+Z
x x iv00(t)dt: Onaalorspourtoutx2[xi;xi+1]:
jvhvj2= Z x x iv00(t)dt1 hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt 2 (xxi)Z x x ijv00(t)j2+1h2Z xi+1 x i(xi+1t)2dtZ xi+1 x ijv00(t)j2dt; 4 3hkv00k2
L2[xi;xi+1];
d'ou kv0dhv dxkL2(I)ChkvkH2(I): 1.5-Lasolutiondiscreteestdeniepar:
a(uh;v)=(f;v)8v2Vh; Lasolutionuestdeniepar
a(u;v)=(f;v)8v2H1(I): CommeVhH1(I),onfaitladierencepourv2Vh:
a(uhu;v)=08v2Vh ceciimplique a(huu;v)=a(huuh;v)8v2Vh: 4 TDMA201CalculScientique
Onchoisitlafonctiontestv=huuh.Onaalors
a(huu;huuh)=a(huuh;huuh): khuuhk2 H1ja(huu;huuh)jCkhuukH1khuuhkH1
d'ou khuuhkH1CkhuukH1: Al'aidedel'inegalitetriangulaire
kuuhkH1kuhukH1+khuuhkH1(C+1)khuukH1: kuuhkH1Ch: Exercice2.ElementsnisP1endimension2
prouverd'abordque: 1(S1)=1;2(S1)=0;3(S1)=0:
S 1=2(S1)S23(S1)S3
11(S1)(2(S1);3(S1)6=(0;0))
S Supposonsmaintenantque2(S1)6=0,onaalors:
2(S1)(S2S3)=0
demontredelam^ememaniereque: 1(S2)=0;2(S2)=1;3(S2)=0;
1(S3)=0;2(S3)=0;3(S3)=1:
Oncherche1delaforme
1(x;y)=(xx2)+(yy2)+
5 TDMA201CalculScientique
1(S2)=0donne
laforme: 1(x;y)=C[(y2y3)(xx2)+(x3x2)(yy2)]
1(x;y)=(y2y3)(xx2)+(x3x2)(yy2)
(y2y3)(x1x2)+(x3x2)(y1y2) basedeP1. 2.2-soitvh2Vhmontronsquevh2H1(
).PardenitiondeVhonavhjTl2P18l= .Parconsequentvh estdansH1( )(cfTD2). carlarestrictiondeWI prendendeuxpointsdistincts. 1 MI Fig.1{FonctiondebaseWI
6 TDMA201CalculScientique
2.4-Lafamille(WI)1INestlibrecar
X I IWI=0)X
I IWI(MJ)=0)J=08J=1;N:
(WI)1INestgeneratricecar: 8vh2Vh;vh(M)=X
Iv h(MI)WI(M) Eneet,enposantuh=vhP
Ivh(MI)WI,ona:
u h(MJ)=081JN: d'ouuh=0. Exercice3.ElementsnisP2endimension1
3.1-Onnotex1
i=1=2(xi+1+xi).Onposewj w j(x)=8 :(xx1 j1)(xj1x) (xjx1 j1)(xj1xj)six2[xj1;xj]; (xx1 j)(xj+1x) (xjx1 j)(xj+1xj)six2[xj;xj+1]; 0sinon
etw1j w 1j(x)=8
:(xxj)(xj+1x) (x1 jxj)(xj+1x1 j)six2[xj;xj+1]; 0sinon
i)=0,w1j(x1 i)=ijetw1j(xi)=0. 7 TDMA201CalculScientique
xjxj+1w jw1j x 1 jx1 j1xj1 Fig.2{Lesfonctiondebasewjetw1j
8quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35
0 (1) 8 d dx(pdudx)+qu=fx2I; p(b)du dx(b)+u(b)=0; p(a)du dx(a)+u(a)=0: eectueuneintegrationparparties Z I pdu dxdvdxdx+Z I quvdxp(b)dudx(b)v(b)+p(a)dudx(a)v(a)=Z I fv: 1 TDMA201CalculScientique
associeeauprobleme(1): (2)8 :Trouveru2H1(I)telque: a(u;v)=l(v);8v2H1(I); avec a(u;v)=Z I pdudxdvdxdx+Z I quvdx+u(b)v(b)+u(a)v(a); l(v)=Z I fvdx: lacontinuitedel(:)eta(:;:): jl(v)j=jZ I fvdxjkfkL2kvkL2; kfkL2kvkH1: ja(u;v)jpZ I jdu dxjjdvdxjdx+qZ I jujjvjdx+ju(b)jjv(b)j+ju(a)jjv(a)j Enutilisantl'inegalitedeCauchy-Schwartz:
p Z I jdu dxjjdvdxj+qZ I jujjvjdxpkdudxkL2kdvdxkL2+qkukL2kvkL2; ju(b)jjv(b)j+ju(a)jjv(a)j2C2IkukH1kvkH1; onobtient: ja(u;v)jCkukH1kvkH1;C=p 2max(p;q)+2C2I:
Lacoercivitedeaestimmediate:
a(u;u)Z I pjdu dxj2dx+Z I qu2dxmin(p;q)kuk2 H1: obtientalors d dx(pdudx)+qu=fausensdesdistributions p(b)du dx(b)+u(b)=0: 2 TDMA201CalculScientique
1.3-Onal'expressionsuivantedewj:
w j(x)=8 :x j1x xj1xjsix2[xj1;xj]; x j+1x xj+1xjsix2[xj;xj+1]; 0sinon
combinaisonlineairedecoecientsjtelleque: n X j=0 jwj(x)=0: baseestlibre. pointsdistincts.Onendeduit: h+v(xi+1)xxih Enutilisantl'identite
(3)v(x)=v(xi)+(xxi)v0(xi)+Z x x i(xt)v00(t)dt pourx=xi+1,onobtient hvj[xi;xi+1]=v(xi)+(xxi)v0(xi)+(xxi) hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt jvhvj2= Z x x i(xt)v00(t)dt+(xxi) hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt 2 Z x x i(xt)2dtZ x x ijv00(t)j2+(xxi)2 h2Z xi+1 x i(xi+1t)2dtZ xi+1 x ijv00(t)j2dt; 2 3h3kv00k2
L2[xi;xi+1]
3 TDMA201CalculScientique
Onendeduitalors:
kvhvk2 L2(I)=X
iZ xi+1 x ijvhvj2dx; 2 3h4X ikv00k2 L2[xi;xi+1];
2 3h4kvk2
H2(I);
d'ou kvhvkL2(I)Ch2kvkH2(I) dhv dxj[xi;xi+1]=v(xi+1)v(xi)h=v0(xi)+1hZ xi+1 x i(xit)v00(t)dt; v 0(x)=v0(xi)+Z
x x iv00(t)dt: Onaalorspourtoutx2[xi;xi+1]:
jvhvj2= Z x x iv00(t)dt1 hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt 2 (xxi)Z x x ijv00(t)j2+1h2Z xi+1 x i(xi+1t)2dtZ xi+1 x ijv00(t)j2dt; 4 3hkv00k2
L2[xi;xi+1];
d'ou kv0dhv dxkL2(I)ChkvkH2(I): 1.5-Lasolutiondiscreteestdeniepar:
a(uh;v)=(f;v)8v2Vh; Lasolutionuestdeniepar
a(u;v)=(f;v)8v2H1(I): CommeVhH1(I),onfaitladierencepourv2Vh:
a(uhu;v)=08v2Vh ceciimplique a(huu;v)=a(huuh;v)8v2Vh: 4 TDMA201CalculScientique
Onchoisitlafonctiontestv=huuh.Onaalors
a(huu;huuh)=a(huuh;huuh): khuuhk2 H1ja(huu;huuh)jCkhuukH1khuuhkH1
d'ou khuuhkH1CkhuukH1: Al'aidedel'inegalitetriangulaire
kuuhkH1kuhukH1+khuuhkH1(C+1)khuukH1: kuuhkH1Ch: Exercice2.ElementsnisP1endimension2
prouverd'abordque: 1(S1)=1;2(S1)=0;3(S1)=0:
S 1=2(S1)S23(S1)S3
11(S1)(2(S1);3(S1)6=(0;0))
S Supposonsmaintenantque2(S1)6=0,onaalors:
2(S1)(S2S3)=0
demontredelam^ememaniereque: 1(S2)=0;2(S2)=1;3(S2)=0;
1(S3)=0;2(S3)=0;3(S3)=1:
Oncherche1delaforme
1(x;y)=(xx2)+(yy2)+
5 TDMA201CalculScientique
1(S2)=0donne
laforme: 1(x;y)=C[(y2y3)(xx2)+(x3x2)(yy2)]
1(x;y)=(y2y3)(xx2)+(x3x2)(yy2)
(y2y3)(x1x2)+(x3x2)(y1y2) basedeP1. 2.2-soitvh2Vhmontronsquevh2H1(
).PardenitiondeVhonavhjTl2P18l= .Parconsequentvh estdansH1( )(cfTD2). carlarestrictiondeWI prendendeuxpointsdistincts. 1 MI Fig.1{FonctiondebaseWI
6 TDMA201CalculScientique
2.4-Lafamille(WI)1INestlibrecar
X I IWI=0)X
I IWI(MJ)=0)J=08J=1;N:
(WI)1INestgeneratricecar: 8vh2Vh;vh(M)=X
Iv h(MI)WI(M) Eneet,enposantuh=vhP
Ivh(MI)WI,ona:
u h(MJ)=081JN: d'ouuh=0. Exercice3.ElementsnisP2endimension1
3.1-Onnotex1
i=1=2(xi+1+xi).Onposewj w j(x)=8 :(xx1 j1)(xj1x) (xjx1 j1)(xj1xj)six2[xj1;xj]; (xx1 j)(xj+1x) (xjx1 j)(xj+1xj)six2[xj;xj+1]; 0sinon
etw1j w 1j(x)=8
:(xxj)(xj+1x) (x1 jxj)(xj+1x1 j)six2[xj;xj+1]; 0sinon
i)=0,w1j(x1 i)=ijetw1j(xi)=0. 7 TDMA201CalculScientique
xjxj+1w jw1j x 1 jx1 j1xj1 Fig.2{Lesfonctiondebasewjetw1j
8quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35
TDMA201CalculScientique
associeeauprobleme(1): (2)8 :Trouveru2H1(I)telque: a(u;v)=l(v);8v2H1(I); avec a(u;v)=Z I pdudxdvdxdx+Z I quvdx+u(b)v(b)+u(a)v(a); l(v)=Z I fvdx: lacontinuitedel(:)eta(:;:): jl(v)j=jZ I fvdxjkfkL2kvkL2; kfkL2kvkH1: ja(u;v)jpZ I jdu dxjjdvdxjdx+qZ I jujjvjdx+ju(b)jjv(b)j+ju(a)jjv(a)jEnutilisantl'inegalitedeCauchy-Schwartz:
p Z I jdu dxjjdvdxj+qZ I jujjvjdxpkdudxkL2kdvdxkL2+qkukL2kvkL2; ju(b)jjv(b)j+ju(a)jjv(a)j2C2IkukH1kvkH1; onobtient: ja(u;v)jCkukH1kvkH1;C=p2max(p;q)+2C2I:
Lacoercivitedeaestimmediate:
a(u;u)Z I pjdu dxj2dx+Z I qu2dxmin(p;q)kuk2 H1: obtientalors d dx(pdudx)+qu=fausensdesdistributions p(b)du dx(b)+u(b)=0: 2TDMA201CalculScientique
1.3-Onal'expressionsuivantedewj:
w j(x)=8 :x j1x xj1xjsix2[xj1;xj]; x j+1x xj+1xjsix2[xj;xj+1];0sinon
combinaisonlineairedecoecientsjtelleque: n X j=0 jwj(x)=0: baseestlibre. pointsdistincts.Onendeduit: h+v(xi+1)xxihEnutilisantl'identite
(3)v(x)=v(xi)+(xxi)v0(xi)+Z x x i(xt)v00(t)dt pourx=xi+1,onobtient hvj[xi;xi+1]=v(xi)+(xxi)v0(xi)+(xxi) hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt jvhvj2= Z x x i(xt)v00(t)dt+(xxi) hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt 2 Z x x i(xt)2dtZ x x ijv00(t)j2+(xxi)2 h2Z xi+1 x i(xi+1t)2dtZ xi+1 x ijv00(t)j2dt; 23h3kv00k2
L2[xi;xi+1]
3TDMA201CalculScientique
Onendeduitalors:
kvhvk2L2(I)=X
iZ xi+1 x ijvhvj2dx; 2 3h4X ikv00k2L2[xi;xi+1];
23h4kvk2
H2(I);
d'ou kvhvkL2(I)Ch2kvkH2(I) dhv dxj[xi;xi+1]=v(xi+1)v(xi)h=v0(xi)+1hZ xi+1 x i(xit)v00(t)dt; v0(x)=v0(xi)+Z
x x iv00(t)dt:Onaalorspourtoutx2[xi;xi+1]:
jvhvj2= Z x x iv00(t)dt1 hZ xi+1 x i(xi+1t)v00(t)dt 2 (xxi)Z x x ijv00(t)j2+1h2Z xi+1 x i(xi+1t)2dtZ xi+1 x ijv00(t)j2dt; 43hkv00k2
L2[xi;xi+1];
d'ou kv0dhv dxkL2(I)ChkvkH2(I):1.5-Lasolutiondiscreteestdeniepar:
a(uh;v)=(f;v)8v2Vh;Lasolutionuestdeniepar
a(u;v)=(f;v)8v2H1(I):CommeVhH1(I),onfaitladierencepourv2Vh:
a(uhu;v)=08v2Vh ceciimplique a(huu;v)=a(huuh;v)8v2Vh: 4TDMA201CalculScientique
Onchoisitlafonctiontestv=huuh.Onaalors
a(huu;huuh)=a(huuh;huuh): khuuhk2H1ja(huu;huuh)jCkhuukH1khuuhkH1
d'ou khuuhkH1CkhuukH1:Al'aidedel'inegalitetriangulaire
kuuhkH1kuhukH1+khuuhkH1(C+1)khuukH1: kuuhkH1Ch:Exercice2.ElementsnisP1endimension2
prouverd'abordque:1(S1)=1;2(S1)=0;3(S1)=0:
S1=2(S1)S23(S1)S3
11(S1)(2(S1);3(S1)6=(0;0))
SSupposonsmaintenantque2(S1)6=0,onaalors:
2(S1)(S2S3)=0
demontredelam^ememaniereque:1(S2)=0;2(S2)=1;3(S2)=0;
1(S3)=0;2(S3)=0;3(S3)=1:
Oncherche1delaforme
1(x;y)=(xx2)+(yy2)+
5TDMA201CalculScientique
1(S2)=0donne
laforme:1(x;y)=C[(y2y3)(xx2)+(x3x2)(yy2)]
1(x;y)=(y2y3)(xx2)+(x3x2)(yy2)
(y2y3)(x1x2)+(x3x2)(y1y2) basedeP1.2.2-soitvh2Vhmontronsquevh2H1(
).PardenitiondeVhonavhjTl2P18l= .Parconsequentvh estdansH1( )(cfTD2). carlarestrictiondeWI prendendeuxpointsdistincts. 1 MIFig.1{FonctiondebaseWI
6TDMA201CalculScientique
2.4-Lafamille(WI)1INestlibrecar
X IIWI=0)X
IIWI(MJ)=0)J=08J=1;N:
(WI)1INestgeneratricecar:8vh2Vh;vh(M)=X
Iv h(MI)WI(M)Eneet,enposantuh=vhP
Ivh(MI)WI,ona:
u h(MJ)=081JN: d'ouuh=0.Exercice3.ElementsnisP2endimension1
3.1-Onnotex1
i=1=2(xi+1+xi).Onposewj w j(x)=8 :(xx1 j1)(xj1x) (xjx1 j1)(xj1xj)six2[xj1;xj]; (xx1 j)(xj+1x) (xjx1 j)(xj+1xj)six2[xj;xj+1];0sinon
etw1j w1j(x)=8
:(xxj)(xj+1x) (x1 jxj)(xj+1x1 j)six2[xj;xj+1];0sinon
i)=0,w1j(x1 i)=ijetw1j(xi)=0. 7TDMA201CalculScientique
xjxj+1w jw1j x 1 jx1 j1xj1Fig.2{Lesfonctiondebasewjetw1j
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