Couverture du programme : Terminale, Primitives et équations différentielles

Couverture du programme officiel : Terminale spécialité, chapitre 7 « Primitives, équations différentielles »

Source : annexe du programme de l’enseignement de spécialité de mathématiques de la classe de terminale de la voie générale. Les items sont cités mot pour mot ; seule la mise en forme des notations mathématiques est normalisée.

Légende : B = fiche Bases, S = fiche Standard, D = fiche Défi ; « (q. 3) » = question 3 de l’exercice.

Rubrique « Primitives, équations différentielles »

Texte introductif (éléments exploités dans les exercices)

Item du BO (texte officiel) Exercices
Il est utile d’admettre ici que toute fonction continue sur un intervalle admet des primitives, résultat qui est démontré dans la section sur le calcul intégral. B4 (q. 1), D2 (q. 2)
On note aussi que, pour certaines fonctions, on ne dispose pas de primitive explicite. S11 (q. 5)
Lorsque b = 0, on remarque que la somme de deux solutions et le produit d’une solution par une constante sont encore solutions. B6 (q. 5) (question ajoutée lors de l’audit)
Pour travailler le concept d’équation différentielle, on peut donner d’autres exemples d’équations différentielles, dont on peut donner des solutions sans en faire de résolution complète : y’ = y², y′′ + ω²y = 0. Aucune connaissance n’est exigible sur ces exemples. D6 (y′′ + ω²y = 0, solutions admises dans l’énoncé ; aucune connaissance exigible) ; D5 (équation y′ = y − y², voisine de y′ = y²)

Contenus

Item du BO (texte officiel) Exercices
Équation différentielle y’ = f . Notion de primitive d’une fonction continue sur un intervalle. Deux primitives d’une même fonction continue sur un intervalle diffèrent d’une constante. B3, B4, B5, S2, S11, D2 (q. 1 et 2)
Primitives des fonctions de référence : x ↦ xⁿ pour n ∈ ℤ, x ↦ 1/√x, exponentielle, sinus, cosinus. B1 (x ↦ xⁿ, x ↦ 1/x, x ↦ 1/√x, exponentielle, sinus, cosinus), B2 (q. 5 : 1/u² ; q. 8 et 9 : cosinus, sinus), S1
Équation différentielle y’ = a𝑦, où a est un nombre réel ; allure des courbes. Équation différentielle y’ = ay + b. B6, B7, B10 (allure des courbes), S4, S5, S6, S8, S9, S10, D1

Capacités attendues

Item du BO (texte officiel) Exercices
Calculer une primitive en utilisant les primitives de référence et les fonctions de la forme (v’ ○ u) × u’. B2 (q. 1 à 9), S1, S2, D7
Pour une équation différentielle y’ = ay + b (a ≠ 0) : déterminer une solution particulière constante ; utiliser cette solution pour déterminer toutes les solutions. B7, S4, S6, S8, S10, D1 (q. 5 et 6)
Pour une équation différentielle y’ = ay + f : à partir de la donnée d’une solution particulière, déterminer toutes les solutions. B8, S3 (réécrit lors de l’audit : la solution particulière est donnée), S7, D2 (q. 3), D4

Démonstrations

Item du BO (texte officiel) Exercices
Deux primitives d’une même fonction continue sur un intervalle diffèrent d’une constante. D2 (q. 1)
Résolution de l’équation différentielle y’ = ay où a est un nombre réel. D1 (q. 1 à 3)

Approfondissements possibles

Item du BO (texte officiel) Exercices
Autres exemples d’équations différentielles, éventuellement en lien avec une modélisation, par exemple l’équation logistique. D5 (équation logistique y′ = y − y²), D6 ; modélisation : S4 (Newton), S5 (radioactivité), S6, S8 (chute avec frottement), S10 (condensateur)

Exemple d’algorithme

Item du BO (texte officiel) Exercices
Résolution par la méthode d’Euler de y’ = f , de y’ = ay + b. y′ = f : S11 (exercice ajouté lors de l’audit) ; y′ = ay + b : B9, S9

Prérequis de la classe de Première (BO de Première, Fonction exponentielle)

Item du BO (texte officiel) Exercices
Pour a réel, dérivée de la fonction t ↦ eat. B3, B6, B7, D1 (q. 1)
Pour une valeur numérique strictement positive de k, représenter graphiquement les fonctions t ↦ e–kt et t ↦ ekt. B10
Modéliser une situation par une croissance, une décroissance exponentielle (par exemple évolution d’un capital à taux fixe, décroissance radioactive). S5, S8, S10
Construction de l’exponentielle par la méthode d’Euler. (exemple d’algorithme) B9, S9
Unicité d’une fonction ƒ dérivable sur ℝ telle que vérifiant ƒ ‘ = ƒ et ƒ (0) = 1. ; Pour tous réels x et y, exp(x + y) = exp(x) exp(y). (approfondissements possibles) D3

Autres rubriques du BO mobilisées dans le chapitre

Item du BO (texte officiel) Exercices
Calculer la fonction dérivée, déterminer les limites et étudier les variations d’une fonction construite simplement à partir des fonctions de référence. S2 (q. 3), S7, S10 (q. 3), D4, D5 (q. 3)
Déterminer dans des cas simples la limite d’une suite ou d’une fonction en un point, en ± ∞, en utilisant les limites usuelles, les croissances comparées, les opérations sur les limites, des majorations, minorations ou encadrements, la factorisation du terme prépondérant dans une somme. S2 (q. 3), S4 (q. 4), S7 (q. 2), S8 (q. 2), D4 (q. 3), D5 (q. 3)
Faire le lien entre l’existence d’une asymptote parallèle à un axe et celle de la limite correspondante. S7 (q. 4), D4 (q. 4), D5 (q. 3)
Étudier les solutions d’une équation du type ƒ (x) = k : existence, unicité, encadrement. S7 (q. 5), D4 (q. 3)
Méthode de dichotomie. (exemple d’algorithme) S7 (q. 6)
Recherche de seuils. (exemple d’algorithme) S5 (q. 4 et 5)
Démontrer des inégalités en utilisant la convexité d’une fonction. Non utilisée dans ce chapitre.

Parties transversales du BO

Item du BO (texte officiel) Exercices
Les algorithmes peuvent être écrits en langage naturel ou utiliser le langage Python. B9, S5, S7, S9, S11
Générer une liste (en extension, par ajouts successifs ou en compréhension). ; Manipuler des éléments d’une liste (ajouter, supprimer, etc.) et leurs indices. S11 (q. 3) (listes xs et ys construites par ajouts successifs, indice -1)
Parcourir une liste. ; Itérer sur les éléments d’une liste. Non travaillés dans ce chapitre (voir le chapitre Logarithme, S9).
mobiliser un contre-exemple pour montrer qu’une proposition est fausse B4 (q. 3, 5, 6), B6 (q. 5.b)
formuler la réciproque d’une implication, ou sa contraposée ; distinguer condition nécessaire et condition suffisante D1 (q. 2 et 3), D2 (q. 3), D5 (q. 1 et 2 : analyse puis vérification réciproque)
raisonner par équivalence, utiliser une propriété caractéristique D1 (q. 5), D2 (q. 3 et 4), D4 (q. 3), D5 (q. 1)
démontrer une propriété par récurrence D3 (q. 5)
formuler la négation de propositions simples ; raisonner par l’absurde ; raisonner par disjonctions des cas Non travaillés spécifiquement dans ce chapitre (items transversaux).

Exercices et résultats sortant du BO

Historique des ajouts de l’audit

B2 (q. 8 et 9 : primitives de cos(2x − 1) et sin(πx)), B6 (q. 5 : somme et multiple de solutions de y′ = ay), S3 (réécrit), S11 (méthode d’Euler pour y′ = f), signalement de D2 (q. 4), rappel de formule dans S1 (q. 5).