Chapitre 1 — Suites et Récurrence

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Méthode — Démontrer une propriété par récurrence
Étape 1 — Initialisation : Vérifier que la propriété \(P(n_0)\) est vraie pour le rang de départ \(n_0\) (souvent \(n_0 = 0\) ou \(n_0 = 1\)). Calculer explicitement les deux membres.
Étape 2 — Hérédité : Supposer que \(P(n)\) est vraie pour un entier \(n \geq n_0\) quelconque (hypothèse de récurrence), puis démontrer que \(P(n+1)\) est vraie.
Étape 3 — Conclusion : Conclure : « Par le principe de récurrence, \(P(n)\) est vraie pour tout entier \(n \geq n_0\). »
Exemple détaillé — Montrer que pour tout \(n \geq 1\) : \(\displaystyle\sum_{k=1}^{n} k = \frac{n(n+1)}{2}\)

Initialisation (\(n=1\)) :
Membre gauche : \(\displaystyle\sum_{k=1}^{1} k = 1\).
Membre droit : \(\dfrac{1 \times 2}{2} = 1\). ✓

Hérédité : Supposons que \(\displaystyle\sum_{k=1}^{n} k = \frac{n(n+1)}{2}\) pour un certain \(n \geq 1\).
Montrons que \(\displaystyle\sum_{k=1}^{n+1} k = \frac{(n+1)(n+2)}{2}\).
\[\sum_{k=1}^{n+1} k = \underbrace{\sum_{k=1}^{n} k}_{\text{hyp. réc.}} + (n+1) = \frac{n(n+1)}{2} + (n+1) = (n+1)\!\left(\frac{n}{2}+1\right) = \frac{(n+1)(n+2)}{2}.\]

Conclusion : La propriété est vraie pour tout entier \(n \geq 1\). ✓

Méthode — Étudier la monotonie d'une suite
Méthode 1 (différence) : Calculer \(u_{n+1} - u_n\) et étudier son signe. Si \(u_{n+1}-u_n > 0\) pour tout \(n\), la suite est strictement croissante.
Méthode 2 (quotient, suite positive) : Si \(u_n > 0\), calculer \(\dfrac{u_{n+1}}{u_n}\) et comparer à 1. Si le quotient est \(> 1\), suite croissante.
Méthode 3 (fonction) : Si \(u_n = f(n)\), étudier la monotonie de \(f\) sur \([0;+\infty[\) via \(f'\).
Exemple détaillé — Monotonie de \(u_n = \dfrac{n}{n+1}\)

\[u_{n+1} - u_n = \frac{n+1}{n+2} - \frac{n}{n+1} = \frac{(n+1)^2 - n(n+2)}{(n+2)(n+1)} = \frac{n^2+2n+1 - n^2-2n}{(n+2)(n+1)} = \frac{1}{(n+2)(n+1)}.\]

Pour tout \(n \geq 0\), \((n+1)(n+2) > 0\) donc \(u_{n+1}-u_n > 0\) : la suite est strictement croissante.

Piège à éviter

Ne pas oublier de conclure explicitement après chaque étape. L'hérédité seule ne suffit pas : sans initialisation, le raisonnement est invalide.

Chapitre 2 — Limites de suite

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Méthode — Calculer la limite d'une suite
Étape 1 : Identifier le type de suite : suite géométrique, arithmétique, quotient de polynômes, suite définie par récurrence, etc.
Étape 2 : Appliquer les théorèmes (opérations sur les limites, limites de références).
Étape 3 : Si forme indéterminée, factoriser par le terme dominant ou utiliser une suite encadrante (théorème des gendarmes).
Exemple détaillé — \(\displaystyle\lim_{n\to+\infty} \frac{3n^2 - 5n + 1}{2n^2 + 7}\)

Forme indéterminée \(\dfrac{+\infty}{+\infty}\). On factorise par \(n^2\) au numérateur et au dénominateur :

\[\frac{3n^2 - 5n + 1}{2n^2 + 7} = \frac{n^2\!\left(3 - \dfrac{5}{n} + \dfrac{1}{n^2}\right)}{n^2\!\left(2 + \dfrac{7}{n^2}\right)} = \frac{3 - \dfrac{5}{n} + \dfrac{1}{n^2}}{2 + \dfrac{7}{n^2}}.\]

Quand \(n\to+\infty\) : \(\dfrac{5}{n}\to 0\), \(\dfrac{1}{n^2}\to 0\), \(\dfrac{7}{n^2}\to 0\).

\[\lim_{n\to+\infty} \frac{3n^2 - 5n + 1}{2n^2 + 7} = \frac{3-0+0}{2+0} = \boxed{\frac{3}{2}}.\]

Méthode — Lever une forme indéterminée \(+\infty - \infty\)
Étape 1 : Reconnaître la forme \(\infty - \infty\) (différence de deux termes infinis).
Étape 2 : Factoriser par le terme dominant ou multiplier par l'expression conjuguée.
Étape 3 : Simplifier et calculer la limite du résultat.
Exemple détaillé — \(\displaystyle\lim_{n\to+\infty} \left(\sqrt{n+3} - \sqrt{n}\right)\)

Forme \(+\infty - \infty\). On multiplie par l'expression conjuguée :

\[\sqrt{n+3} - \sqrt{n} = \frac{(\sqrt{n+3}-\sqrt{n})(\sqrt{n+3}+\sqrt{n})}{\sqrt{n+3}+\sqrt{n}} = \frac{(n+3)-n}{\sqrt{n+3}+\sqrt{n}} = \frac{3}{\sqrt{n+3}+\sqrt{n}}.\]

Or \(\sqrt{n+3}+\sqrt{n} \to +\infty\), donc \(\dfrac{3}{\sqrt{n+3}+\sqrt{n}} \to 0\).

\[\lim_{n\to+\infty}\!\left(\sqrt{n+3}-\sqrt{n}\right) = \boxed{0}.\]

Piège à éviter

Ne pas « simplifier » \(\sqrt{n+3}-\sqrt{n}\) en \(\sqrt{3}\). C'est une erreur classique. La racine carrée ne distribue PAS sur la soustraction.

Chapitre 3 — Vecteurs, droites et plans de l'espace

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Méthode — Trouver l'équation cartésienne d'un plan
Étape 1 : Identifier un vecteur normal \(\vec{n}(a,b,c)\) au plan (produit vectoriel de deux vecteurs directeurs, ou vecteur donné).
Étape 2 : Écrire l'équation \(ax + by + cz + d = 0\).
Étape 3 : Substituer les coordonnées d'un point connu appartenant au plan pour trouver \(d\).
Exemple détaillé — Plan passant par \(A(1,0,2)\), \(B(3,1,0)\), \(C(0,2,1)\)

Vecteurs directeurs : \(\overrightarrow{AB} = (2,1,-2)\) et \(\overrightarrow{AC} = (-1,2,-1)\).

Vecteur normal \(\vec{n} = \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC}\) :

\[\vec{n} = \begin{vmatrix}\vec{i}&\vec{j}&\vec{k}\\2&1&-2\\-1&2&-1\end{vmatrix} = \vec{i}(1\cdot(-1)-(-2)\cdot 2) - \vec{j}(2\cdot(-1)-(-2)(-1)) + \vec{k}(2\cdot 2 - 1\cdot(-1))\]

\[= \vec{i}(-1+4) - \vec{j}(-2-2) + \vec{k}(4+1) = 3\vec{i}+4\vec{j}+5\vec{k}.\]

Équation : \(3x + 4y + 5z + d = 0\). En substituant \(A(1,0,2)\) : \(3+0+10+d=0 \Rightarrow d=-13\).

Plan : \(\boxed{3x + 4y + 5z - 13 = 0}\).

Méthode — Distance d'un point à un plan
Étape 1 : Écrire le plan sous la forme \(ax+by+cz+d=0\).
Étape 2 : Identifier les coordonnées \((x_0, y_0, z_0)\) du point \(M\).
Étape 3 : Appliquer la formule \(d(M, \mathcal{P}) = \dfrac{|ax_0+by_0+cz_0+d|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}\).
Exemple détaillé — Distance de \(M(2,1,3)\) au plan \(2x-y+2z-6=0\)

\[d = \frac{|2\cdot2 + (-1)\cdot1 + 2\cdot3 - 6|}{\sqrt{4+1+4}} = \frac{|4-1+6-6|}{\sqrt{9}} = \frac{|3|}{3} = \boxed{1}.\]

Piège à éviter

Ne pas oublier la valeur absolue au numérateur. La distance est toujours positive.

Chapitre 4 — Limites de fonctions

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Méthode — Lever les formes indéterminées pour les fonctions
FI \(\frac{0}{0}\) : Factoriser numérateur et dénominateur (facteur commun, identités remarquables), puis simplifier.
FI \(\frac{\infty}{\infty}\) : Factoriser par le terme dominant au numérateur et au dénominateur.
FI \(\infty - \infty\) : Factoriser ou multiplier par l'expression conjuguée.
FI \(0 \times \infty\) : Réécrire sous forme de quotient : \(f(x)\cdot g(x) = \dfrac{f(x)}{1/g(x)}\).
Exemple détaillé — \(\displaystyle\lim_{x\to 2} \frac{x^2-4}{x-2}\)

Forme \(\dfrac{0}{0}\). On factorise : \(x^2-4 = (x-2)(x+2)\).

\[\frac{x^2-4}{x-2} = \frac{(x-2)(x+2)}{x-2} = x+2 \xrightarrow[x\to 2]{} \boxed{4}.\]

Méthode — Trouver les asymptotes d'une fonction
Asymptote verticale : Si \(\lim_{x\to a} f(x) = \pm\infty\), la droite \(x=a\) est une AV. (Chercher les valeurs annulant le dénominateur.)
Asymptote horizontale : Si \(\lim_{x\to\pm\infty} f(x) = L\), la droite \(y=L\) est une AH en \(\pm\infty\).
Asymptote oblique : Chercher \(a = \lim_{x\to\pm\infty}\dfrac{f(x)}{x}\), puis \(b = \lim_{x\to\pm\infty}(f(x)-ax)\). Si \(a\neq 0\) et \(b\) fini, \(y=ax+b\) est une AO.
Position : Étudier le signe de \(f(x)-(ax+b)\) pour préciser si la courbe est au-dessus ou en-dessous.
Exemple détaillé — Asymptotes de \(f(x) = \dfrac{2x^2 + 1}{x - 1}\)

AV : \(x=1\) (dénominateur nul). \(\lim_{x\to 1^+} f(x) = +\infty\), \(\lim_{x\to 1^-} f(x) = -\infty\).

AO en \(+\infty\) : \(a = \lim_{x\to+\infty}\dfrac{2x^2+1}{x(x-1)} = \lim_{x\to+\infty}\dfrac{2+1/x^2}{1-1/x} = 2\).

Division euclidienne : \(2x^2+1 = (x-1)(2x+2)+3\), donc \(f(x) = 2x+2 + \dfrac{3}{x-1}\).

\(b = \lim_{x\to+\infty}(f(x)-2x) = \lim_{x\to+\infty}\!\left(2+\dfrac{3}{x-1}\right) = 2\). AO : \(y = 2x+2\).

Chapitre 5 — Dérivation et convexité

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Méthode — Dresser le tableau de variations complet
Étape 1 : Déterminer le domaine de définition \(\mathcal{D}_f\).
Étape 2 : Calculer \(f'(x)\) en utilisant les formules de dérivation (produit, quotient, composée).
Étape 3 : Résoudre \(f'(x) = 0\) et étudier le signe de \(f'(x)\) sur \(\mathcal{D}_f\).
Étape 4 : Dresser le tableau de variations avec les valeurs remarquables de \(f\).
Exemple détaillé — \(f(x) = x^3 - 3x + 2\) sur \(\mathbb{R}\)

\(f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2-1) = 3(x-1)(x+1)\).

Signe de \(f'\) : \(f'(x)>0\) si \(x-1\) ou \(x>1\) ; \(f'(x)0\) si \(-11\).

Valeurs : \(f(-1) = -1+3+2 = 4\) (max local) ; \(f(1) = 1-3+2 = 0\) (min local).

Tableau de variations :

\(x\)\(-\infty\)\(-1\)\(1\)\(+\infty\)
\(f'(x)\)\(+\)\(0\)\(-\)\(0\)\(+\)
\(f(x)\)\(-\infty\)\(4\)\(0\)\(+\infty\)
Méthode — Étudier la convexité d'une fonction
Étape 1 : Calculer \(f''(x)\) (dérivée seconde).
Étape 2 : Étudier le signe de \(f''(x)\) : si \(f''>0\), \(f\) est convexe ; si \(f''0\), \(f\) est concave.
Étape 3 : Un point d'inflexion se trouve là où \(f''\) change de signe (résoudre \(f''(x)=0\) et vérifier le changement de signe).
Exemple détaillé — Convexité de \(f(x) = x^3 - 3x + 2\)

\(f'(x) = 3x^2-3\), \(f''(x) = 6x\).

\(f''(x)>0 \Leftrightarrow x>0\) : \(f\) est convexe sur \(]0;+\infty[\).

\(f''(x)0 \Leftrightarrow x0\) : \(f\) est concave sur \(]-\infty;0[\).

Point d'inflexion en \(x=0\) : \(f(0)=2\), donc \(I(0,2)\) est le point d'inflexion.

Chapitre 6 — Continuité

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Méthode — Appliquer le théorème des valeurs intermédiaires (TVI)
Étape 1 : Vérifier que \(f\) est continue sur \([a,b]\).
Étape 2 : Calculer \(f(a)\) et \(f(b)\) et vérifier que \(k\) est compris entre \(f(a)\) et \(f(b)\) (i.e., \(f(a)\) et \(f(b)\) sont de signes opposés si \(k=0\)).
Étape 3 : Conclure qu'il existe au moins un \(c \in ]a,b[\) tel que \(f(c)=k\). Si de plus \(f\) est strictement monotone, ce \(c\) est unique.
Exemple détaillé — Existence d'une racine de \(f(x) = x^3 + x - 1\) sur \([0,1]\)

\(f\) est continue sur \(\mathbb{R}\) (polynôme).

\(f(0) = 0+0-1 = -1 0\) et \(f(1) = 1+1-1 = 1 > 0\).

\(f(0)\) et \(f(1)\) sont de signes opposés, donc par le TVI, il existe \(c \in ]0,1[\) tel que \(f(c) = 0\).

Comme \(f'(x) = 3x^2+1 > 0\) sur \(\mathbb{R}\), \(f\) est strictement croissante, donc \(c\) est unique.

Méthode — Méthode de dichotomie
Étape 1 : Partir d'un intervalle \([a,b]\) où \(f\) change de signe.
Étape 2 : Calculer le milieu \(m = \dfrac{a+b}{2}\) et évaluer \(f(m)\).
Étape 3 : Remplacer \([a,b]\) par \([a,m]\) si \(f(a)\cdot f(m)0\), sinon par \([m,b]\). Répéter jusqu'à obtenir la précision souhaitée.
Exemple détaillé — Racine de \(f(x)=x^3+x-1\) à \(10^{-1}\) près

Étape 1 : \([0,1]\), \(f(0)=-10\), \(f(1)=1>0\).

Étape 2 : \(m=0{,}5\), \(f(0{,}5)=0{,}125+0{,}5-1=-0{,}3750\). Nouveau intervalle : \([0{,}5 ; 1]\).

Étape 3 : \(m=0{,}75\), \(f(0{,}75)\approx 0{,}422+0{,}75-1=0{,}172>0\). Nouveau intervalle : \([0{,}5 ; 0{,}75]\).

Étape 4 : \(m=0{,}625\), \(f(0{,}625)\approx 0{,}244+0{,}625-1=-0{,}1310\). Nouveau intervalle : \([0{,}625 ; 0{,}75]\).

La racine est dans \([0{,}625 ; 0{,}75]\), donc \(c \approx 0{,}7\) à \(10^{-1}\) près.

Piège à éviter

Le TVI donne l'existence, pas l'unicité. Il faut la monotonie stricte pour conclure à l'unicité.

Chapitre 7 — Orthogonalité

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Méthode — Trouver l'équation d'un plan passant par un point et perpendiculaire à une droite
Étape 1 : Identifier le vecteur directeur de la droite : il sera le vecteur normal \(\vec{n}(a,b,c)\) du plan.
Étape 2 : Écrire \(ax+by+cz+d=0\).
Étape 3 : Substituer les coordonnées du point donné pour calculer \(d\).
Exemple détaillé — Plan \(\mathcal{P}\) perpendiculaire à \(\vec{n}(2,-1,3)\) et passant par \(A(1,2,-1)\)

Équation : \(2x - y + 3z + d = 0\).

Substitution de \(A\) : \(2(1) - 2 + 3(-1) + d = 0 \Rightarrow 2-2-3+d=0 \Rightarrow d=3\).

Plan : \(\boxed{2x - y + 3z + 3 = 0}\).

Méthode — Calculer le projeté orthogonal d'un point sur un plan
Étape 1 : Écrire la droite \((\Delta)\) passant par \(M\) et perpendiculaire au plan \(\mathcal{P}\) : paramétrée par le vecteur normal \(\vec{n}(a,b,c)\). Point courant : \((x_M + at, y_M + bt, z_M + ct)\).
Étape 2 : Substituer dans l'équation du plan et résoudre en \(t\).
Étape 3 : Le projeté \(H\) a les coordonnées obtenues pour ce \(t\).
Exemple détaillé — Projeté de \(M(3,0,1)\) sur \(2x-y+3z+3=0\)

Droite : \((3+2t, -t, 1+3t)\). Substitution :

\[2(3+2t) - (-t) + 3(1+3t) + 3 = 0 \Rightarrow 6+4t+t+3+9t+3 = 0 \Rightarrow 14t+12=0 \Rightarrow t = -\tfrac{6}{7}.\]

\(H = \left(3 - \tfrac{12}{7},\, \tfrac{6}{7},\, 1 - \tfrac{18}{7}\right) = \left(\tfrac{9}{7},\, \tfrac{6}{7},\, -\tfrac{11}{7}\right)\).

Chapitre 8 — Loi binomiale

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Méthode — Reconnaître et paramétrer une loi binomiale
Étape 1 : Vérifier les 4 conditions : expérience répétée \(n\) fois, essais identiques et indépendants, deux issues possibles (succès/échec), probabilité de succès \(p\) constante.
Étape 2 : Identifier \(n\) (nombre d'essais) et \(p\) (probabilité de succès).
Étape 3 : Écrire \(X \sim \mathcal{B}(n,p)\), \(E(X)=np\), \(V(X)=np(1-p)\).
Méthode — Calculer des probabilités avec la loi binomiale
Probabilité exacte : \(P(X=k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}\).
Probabilité cumulée : \(P(X \leq k) = \displaystyle\sum_{i=0}^{k}\binom{n}{i}p^i(1-p)^{n-i}\). Utiliser la calculatrice (loi binomiale cumulée).
Événement complémentaire : \(P(X \geq k) = 1 - P(X \leq k-1)\).
Exemple détaillé — \(X\sim\mathcal{B}(10, 0{,}3)\). Calculer \(P(X=3)\) et \(P(X\geq 2)\)

\[P(X=3) = \binom{10}{3}(0{,}3)^3(0{,}7)^7 = 120 \times 0{,}027 \times 0{,}0823543 \approx \mathbf{0{,}2668}.\]

\[P(X\geq 2) = 1 - P(X\leq 1) = 1 - [P(X=0)+P(X=1)].\]

\(P(X=0) = (0{,}7)^{10} \approx 0{,}0282\). \(P(X=1) = 10\times 0{,}3 \times (0{,}7)^9 \approx 0{,}1211\).

\[P(X\geq 2) = 1 - 0{,}0282 - 0{,}1211 \approx \mathbf{0{,}8507}.\]

Méthode — Utiliser l'intervalle de fluctuation
Étape 1 : Pour \(X\sim\mathcal{B}(n,p)\), l'intervalle de fluctuation au seuil 95 % est approximativement \(\left[p - \dfrac{1}{\sqrt{n}}\,;\, p + \dfrac{1}{\sqrt{n}}\right]\) (valable si \(n\geq 25\), \(np\geq 5\), \(n(1-p)\geq 5\)).
Étape 2 : Calculer la fréquence observée \(f = k/n\).
Étape 3 : Si \(f\) est hors de l'intervalle, rejeter l'hypothèse \(p\) au seuil 5 %.

Chapitre 9 — Logarithme

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Méthode — Résoudre une équation ou inéquation avec ln
Étape 1 : Déterminer le domaine de définition (argument du ln strictement positif).
Étape 2 : Utiliser les propriétés : \(\ln(ab)=\ln a + \ln b\), \(\ln(a/b)=\ln a - \ln b\), \(\ln(a^n)=n\ln a\).
Étape 3 : Pour \(\ln f(x) = \ln g(x) \Leftrightarrow f(x) = g(x)\) (sur le domaine). Pour \(\ln f(x) \leq k \Leftrightarrow f(x) \leq e^k\) (car ln est croissant).
Étape 4 : Vérifier que les solutions appartiennent au domaine de définition.
Exemple détaillé — Résoudre \(\ln(x+1) + \ln(x-1) = \ln 3\)

Domaine : \(x+1>0\) et \(x-1>0\), donc \(x>1\).

\[\ln(x+1)+\ln(x-1) = \ln[(x+1)(x-1)] = \ln(x^2-1) = \ln 3.\]

\[x^2-1=3 \Rightarrow x^2=4 \Rightarrow x=\pm 2.\]

Seule \(x=2>1\) est dans le domaine. Solution : \(x=2\).

Méthode — Étudier une fonction contenant ln
Étape 1 : Domaine de définition : argument du ln \(> 0\).
Étape 2 : Dériver en utilisant \((\ln u)' = \dfrac{u'}{u}\) et les règles de dérivation (produit, quotient, composée).
Étape 3 : Étudier les limites aux bornes du domaine (en particulier \(\lim_{x\to 0^+} x\ln x = 0\), \(\lim_{x\to+\infty}\dfrac{\ln x}{x}=0\)).
Exemple détaillé — Étude de \(f(x) = x - \ln x\) sur \(]0;+\infty[\)

\(f'(x) = 1 - \dfrac{1}{x} = \dfrac{x-1}{x}\). Signe : \(f'0\) si \(x1\), \(f'>0\) si \(x>1\). Minimum en \(x=1\) : \(f(1)=1-0=1\).

Limites : \(\lim_{x\to 0^+}(x-\ln x) = 0-(-\infty) = +\infty\). \(\lim_{x\to+\infty}(x-\ln x) = +\infty\).

Chapitre 10 — Primitives et équations différentielles

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Méthode — Trouver une primitive
Étape 1 : Reconnaître la forme : \(u^n u'\) (primitiver en \(\frac{u^{n+1}}{n+1}\)), \(\frac{u'}{u}\) (primitiver en \(\ln|u|\)), \(u' e^u\) (primitiver en \(e^u\)).
Étape 2 : Vérifier par dérivation.
Étape 3 : Ajouter la constante \(C\) si on cherche la primitive générale, ou utiliser une condition initiale pour la déterminer.
Exemple détaillé — Primitive de \(f(x) = \dfrac{2x}{x^2+1}\)

On reconnaît la forme \(\dfrac{u'}{u}\) avec \(u=x^2+1\) et \(u'=2x\).

Primitive : \(F(x) = \ln(x^2+1) + C\) (l'argument est toujours \(>0\) donc pas de valeur absolue).

Vérification : \(F'(x) = \dfrac{2x}{x^2+1} = f(x)\). ✓

Méthode — Résoudre une équation différentielle \(y' + ay = b\)
Étape 1 : Résoudre l'équation homogène \(y' + ay = 0\). Solution générale : \(y_h = Ce^{-ax}\), \(C\in\mathbb{R}\).
Étape 2 : Trouver une solution particulière \(y_p\). Pour \(b\) constant : essayer \(y_p = k\). Substitution : \(ak=b \Rightarrow k=b/a\).
Étape 3 : Solution générale : \(y = y_h + y_p = Ce^{-ax} + \dfrac{b}{a}\).
Étape 4 : Si condition initiale \(y(x_0)=y_0\), substituer pour trouver \(C\).
Exemple détaillé — Résoudre \(y' - 2y = 4\), \(y(0) = 1\)

Éq. homogène : \(y'+(-2)y=0 \Rightarrow y_h = Ce^{2x}\).

Solution particulière : \(y_p = k\) ; substitution : \(0-2k=4 \Rightarrow k=-2\).

Solution générale : \(y = Ce^{2x} - 2\).

Condition initiale : \(y(0) = C - 2 = 1 \Rightarrow C = 3\).

Solution : \(\boxed{y = 3e^{2x} - 2}\). Vérification : \(y' = 6e^{2x}\), \(y'-2y = 6e^{2x}-6e^{2x}+4=4\). ✓

Chapitre 11 — Combinatoire et probabilités

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Méthode — Calculer des arrangements et combinaisons
Arrangements \(A_n^k\) (ordre important, sans répétition) : \(A_n^k = \dfrac{n!}{(n-k)!} = n(n-1)\cdots(n-k+1)\).
Combinaisons \(\binom{n}{k}\) (ordre indifférent, sans répétition) : \(\binom{n}{k} = \dfrac{n!}{k!(n-k)!}\).
Règle clé : Si l'ordre compte → arrangement ; si l'ordre ne compte pas → combinaison.
Exemple détaillé — Tirage de 3 cartes d'un jeu de 32

Ordre indifférent (main de cartes) : \(\binom{32}{3} = \dfrac{32!}{3!\,29!} = \dfrac{32\times31\times30}{6} = \dfrac{29760}{6} = 4960\) mains possibles.

Ordre important (podium de 3 joueurs parmi 32) : \(A_{32}^3 = 32\times31\times30 = 29760\) podiums possibles.

Méthode — Appliquer la formule de Bayes
Étape 1 : Identifier une partition \((B_1, B_2, \ldots, B_n)\) de l'univers.
Étape 2 : Utiliser la formule des probabilités totales : \(P(A) = \displaystyle\sum_{i=1}^n P(B_i)\cdot P(A|B_i)\).
Étape 3 : Appliquer Bayes : \(P(B_j|A) = \dfrac{P(B_j)\cdot P(A|B_j)}{P(A)}\).
Exemple détaillé — Test médical

Une maladie touche 1 % de la population. Test : 95 % de vrais positifs, 2 % de faux positifs. Probabilité d'être malade sachant test positif ?

Soit \(M\) = malade, \(T^+\) = test positif.

\(P(M)=0{,}01\), \(P(T^+|M)=0{,}95\), \(P(T^+|\bar{M})=0{,}02\).

\[P(T^+) = 0{,}01\times0{,}95 + 0{,}99\times0{,}02 = 0{,}0095+0{,}0198 = 0{,}0293.\]

\[P(M|T^+) = \frac{0{,}01\times0{,}95}{0{,}0293} = \frac{0{,}0095}{0{,}0293} \approx \mathbf{0{,}324}.\]

Même avec un test positif, on n'est malade qu'avec probabilité ≈ 32 %.

Piège à éviter

Ne pas confondre \(P(T^+|M)\) (sensibilité du test) et \(P(M|T^+)\) (ce qu'on cherche). Ce sont des valeurs très différentes !

Chapitre 12 — Fonctions cosinus et sinus

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Méthode — Résoudre une équation trigonométrique
\(\cos\theta = a\) : Si \(|a|\leq 1\), solutions \(\theta = \pm\arccos(a) + 2k\pi\), \(k\in\mathbb{Z}\).
\(\sin\theta = a\) : Si \(|a|\leq 1\), solutions \(\theta = \arcsin(a)+2k\pi\) ou \(\theta = \pi-\arcsin(a)+2k\pi\), \(k\in\mathbb{Z}\).
\(\tan\theta = a\) : Solutions \(\theta = \arctan(a)+k\pi\), \(k\in\mathbb{Z}\).
Étape finale : Restreindre aux valeurs dans l'intervalle demandé.
Exemple détaillé — Résoudre \(2\sin x - 1 = 0\) sur \([0;2\pi]\)

\(\sin x = \dfrac{1}{2}\). Valeur de référence : \(\arcsin\!\left(\dfrac{1}{2}\right)=\dfrac{\pi}{6}\).

Solutions générales : \(x = \dfrac{\pi}{6}+2k\pi\) ou \(x = \pi - \dfrac{\pi}{6}+2k\pi = \dfrac{5\pi}{6}+2k\pi\).

Sur \([0;2\pi]\) (prendre \(k=0\)) : \(\boxed{x = \dfrac{\pi}{6}}\) et \(\boxed{x = \dfrac{5\pi}{6}}\).

Méthode — Dériver une fonction trigonométrique composée
Formules de base : \((\cos u)' = -u'\sin u\), \((\sin u)' = u'\cos u\), \((\tan u)' = \dfrac{u'}{\cos^2 u}\).
Étape 1 : Identifier la fonction externe et la fonction interne \(u\).
Étape 2 : Appliquer la règle de dérivation des fonctions composées.
Exemple détaillé — Dériver \(f(x) = \sin(3x^2+1)\)

\(u = 3x^2+1\), \(u' = 6x\). \(f(x) = \sin(u)\) donc \(f'(x) = u'\cos u = 6x\cos(3x^2+1)\).

Autre exemple : \(g(x) = \cos^3(x)\). On écrit \(g(x)=(u)^3\) avec \(u=\cos x\), \(u'=-\sin x\). \(g'(x) = 3u^2\cdot u' = 3\cos^2(x)\cdot(-\sin x) = -3\cos^2(x)\sin(x)\).

Chapitre 13 — Calcul intégral

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Méthode — Calculer une intégrale par intégration par parties (IPP)
Formule : \(\displaystyle\int_a^b u\,v'\,dx = \bigl[uv\bigr]_a^b - \int_a^b u'v\,dx\).
Étape 1 : Choisir \(u\) et \(v'\). Règle LIATE : choisir \(u\) parmi Logarithme, Inverse trigono, Algébrique (polynôme), Trigono, Exponentielle (dans cet ordre de priorité pour \(u\)).
Étape 2 : Calculer \(u'\) (dérivée de \(u\)) et \(v\) (primitive de \(v'\)).
Étape 3 : Substituer dans la formule et calculer l'intégrale restante.
Exemple détaillé — \(\displaystyle\int_0^1 x\,e^x\,dx\)

Choix : \(u=x\) (algébrique → priorité) et \(v'=e^x\).

Donc \(u'=1\) et \(v=e^x\).

\[\int_0^1 xe^x\,dx = \bigl[xe^x\bigr]_0^1 - \int_0^1 e^x\,dx = (1\cdot e^1 - 0) - \bigl[e^x\bigr]_0^1 = e - (e-1) = \boxed{1}.\]

Méthode — Calculer une aire entre deux courbes
Étape 1 : Trouver les intersections : résoudre \(f(x)=g(x)\) pour obtenir les bornes \(a\) et \(b\).
Étape 2 : Déterminer quelle courbe est au-dessus de l'autre sur \([a,b]\) (signe de \(f(x)-g(x)\)).
Étape 3 : Aire \(= \displaystyle\int_a^b |f(x)-g(x)|\,dx = \displaystyle\int_a^b [f(x)-g(x)]\,dx\) si \(f\geq g\) sur \([a,b]\).
Unité : Si l'unité est \(1\text{ cm}\), l'aire est en cm². Toujours préciser l'unité.
Exemple détaillé — Aire entre \(f(x)=x^2\) et \(g(x)=x\)

Intersections : \(x^2=x \Rightarrow x(x-1)=0 \Rightarrow x=0\) ou \(x=1\).

Sur \([0,1]\) : \(x \geq x^2\) (car \(x-x^2=x(1-x)\geq 0\)).

\[\mathcal{A} = \int_0^1(x-x^2)\,dx = \left[\frac{x^2}{2}-\frac{x^3}{3}\right]_0^1 = \frac{1}{2}-\frac{1}{3} = \boxed{\frac{1}{6}}\text{ u.a.}\]

Chapitre 14 — Loi des grands nombres

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Méthode — Construire un intervalle de confiance
Étape 1 : Disposer d'un échantillon de taille \(n\) et de la fréquence observée \(f\).
Étape 2 : Vérifier les conditions d'application : \(n \geq 30\), \(nf\geq 5\), \(n(1-f)\geq 5\).
Étape 3 : Intervalle de confiance à 95 % : \(\left[f - \dfrac{1}{\sqrt{n}}\,;\, f + \dfrac{1}{\sqrt{n}}\right]\).
Étape 4 : Interpréter : « On estime avec un niveau de confiance de 95 % que la proportion \(p\) est comprise entre ... et ... »
Exemple détaillé — Sondage : 120 succès sur 400 personnes

\(n=400\), \(f = \dfrac{120}{400} = 0{,}30\).

Conditions : \(400\geq30\) ✓, \(400\times0{,}3=120\geq5\) ✓.

\(\dfrac{1}{\sqrt{400}} = \dfrac{1}{20} = 0{,}05\).

IC à 95 % : \([0{,}30-0{,}05\,;\,0{,}30+0{,}05] = \boxed{[0{,}25\,;\,0{,}35]}\).

On estime avec un niveau de confiance de 95 % que la proportion réelle est entre 25 % et 35 %.

Méthode — Prendre une décision statistique
Étape 1 : Formuler l'hypothèse \(H_0\) : « la proportion est \(p_0\) ».
Étape 2 : Construire l'intervalle de fluctuation au seuil 5 % : \(\left[p_0-\dfrac{1}{\sqrt{n}}\,;\,p_0+\dfrac{1}{\sqrt{n}}\right]\).
Étape 3 : Si la fréquence observée \(f\) est hors de cet intervalle, rejeter \(H_0\) au seuil 5 % ; sinon, ne pas rejeter.
Exemple détaillé — Décision sur un dé truqué

\(H_0\) : dé équilibré, \(p_0=1/6\). On lance 900 fois et on obtient 180 fois le 6 (\(f=0{,}2\)).

Intervalle de fluctuation : \(\left[\tfrac{1}{6}-\tfrac{1}{30}\,;\,\tfrac{1}{6}+\tfrac{1}{30}\right] = \left[\tfrac{5}{30}-\tfrac{1}{30}\,;\,\tfrac{5}{30}+\tfrac{1}{30}\right] = \left[\tfrac{4}{30}\,;\,\tfrac{6}{30}\right] \approx [0{,}133\,;\,0{,}200]\).

\(f=0{,}2\) est à la limite de l'intervalle. On ne rejette pas \(H_0\) au seuil 5 % (limite incluse selon la convention).

Chapitre 15 — Python

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Méthode — Algorithme de recherche de seuil
Étape 1 : Définir la suite \((u_n)\) et le seuil \(S\) à dépasser (ou rester en-dessous).
Étape 2 : Initialiser \(n=0\) et \(u=u_0\).
Étape 3 : Boucle while : tant que la condition n'est pas atteinte, incrémenter \(n\) et calculer \(u_{n+1}\).
Étape 4 : Renvoyer le rang \(n\) et la valeur \(u_n\).
Exemple détaillé — Premier rang \(n\) tel que \(u_n = 0{,}5^n 0{,}001\)
u = 1      # u_0 = 0.5^0 = 1
n = 0
while u >= 0.001:
    n = n + 1
    u = 0.5 * u   # u_n = 0.5 * u_{n-1}
print(f"Premier rang : n = {n}, u_n = {u:.6f}")
# Résultat : n = 10, u_n = 0.000977

On peut vérifier : \(0{,}5^{10} = \dfrac{1}{1024} \approx 0{,}000977 0{,}001\) et \(0{,}5^9 = \dfrac{1}{512} \approx 0{,}00195 \geq 0{,}001\). ✓

Méthode — Simulation de probabilités par la méthode de Monte-Carlo
Étape 1 : Importer random.
Étape 2 : Répéter \(N\) fois (grand) : simuler l'expérience et compter les succès.
Étape 3 : Estimer la probabilité par \(\hat{p} = \text{nb\_succès}/N\).
Exemple détaillé — Estimer \(\pi\) par Monte-Carlo
import random

N = 100000
dans_cercle = 0
for _ in range(N):
    x = random.uniform(-1, 1)
    y = random.uniform(-1, 1)
    if x**2 + y**2 = 1:
        dans_cercle += 1

pi_estime = 4 * dans_cercle / N
print(f"Estimation de pi : {pi_estime:.4f}")
# Exemple de résultat : 3.1416

L'aire du disque unité est \(\pi\), celle du carré \([-1,1]^2\) est 4. La proportion de points dans le disque converge vers \(\pi/4\).

Piège à éviter

Ne pas confondre l'indentation en Python (tabulations ou espaces, mais pas les deux !). Une erreur d'indentation provoque un IndentationError.