Prérequis de mathématiques (Mathuselem)
Diagrama de temas
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Les grains présentent trois niveaux de développement reconnaissable au pictogramme de petite graine verte : niveau secondaire = petite graine germée, niveau L=petite graine avec une feuille, complément= petite graine avec deux feuilles. Pour chaque grain, vous trouverez :
- un test initial de 5 questions pour tester votre niveau avant de commencer. Si vous avez répondu parfaitement, vous pouvez passer rapidement au test final.
- un petit rappel des notions nécessaires ou des références vers des ressources texte ou vidéo,
- des exercices d'entraînement sur les notions présentées.
- un test final de 5 questions que vous ne devrez passer qu'une fois. Entraînez-vous avant !
- un test initial de 5 questions pour tester votre niveau avant de commencer. Si vous avez répondu parfaitement, vous pouvez passer rapidement au test final.
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Cette partie contient un résumé des exercises et méthodes que seront abordés pendant le cours.
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Nombre et géometrie
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Sommes et produits
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Sommes et produits de fonctions
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Un grain plus avancé sur les sommes et produits.
- Manipuler les sommes et produits de fonctions exponentielles et logarithmes en préparation au calcul de maxima de vraisemblance.
- Dériver des sommes de fonctions
Prérequis :- Savoir manipuler les signes somme et produit
- Dérivation
- Connaître les règles de calcul de l'exponentielle, du logarithme, et des fonctions puissances
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Fonctions exponentielle, logarithme népérien et logarithme décimal
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- Connaître les fonctions exponentielle et logarithme
- Savoir les propriétés associées
- Déterminer la relation entre exponentielle et logarithme
- Connaître les fonctions exponentielle et logarithme
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Systèmes d’équations linéaires, équation de droites
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- Déterminer une équation de droite
- Résoudre un système d'équations linéaires
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Trinômes
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- Reconnaître les trinômes
- Calcul du discriminant
- Trouver les racines d'un trinôme
- Donner le signe d'un trinôme
- Calculer le maximum / le minimum d'une fonction trinôme
- Graphe associé à une fonction trinôme
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Définition et opérations
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- Ecriture des nombres complexes en partie réelle et partie imaginaire
- Addition et multiplication de nombres complexes
- Conjugué d'un nombre complexe
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Aires et volumes
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- Savoir calculer l'aire et le volume d'un ensemble géométrique
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Fonctions réelles
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Fonctions puissances
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- Connaître les différents type de fonctions puissance
- Déterminer leurs limites, dérivée et représentation graphique
- Etablir le lien entre fonction puissance et exponentielle
- Connaître les différents type de fonctions puissance
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Dérivation
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Propriétés de la dérivée et dérivation d'une fonction usuelle
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Opérations sur les dérivées
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- Savoir calculer la dérivée d'une fonction comportant des produits, carrés, inverses et quotients de fonctions usuelles
- Liste de dérivées usuelles
- Savoir calculer la dérivée d'une fonction comportant des produits, carrés, inverses et quotients de fonctions usuelles
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Dérivée d'une composition de fonctions
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Dérivées partielles
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- Calculer les dérivées partielles d'ordre 1 et 2
- Calculer le développement de Taylor à l'ordre 1 et 2
Prérequis- Savoir calculer les dérivées ordinaires
- Savoir multiplier les matrices
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Extremums
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- Déterminer les maximums et minimums d'une fonction de plusieurs variables à l'intérieur d'un ouvert
Prérequis- Savoir calculer les dérivées partielles d'ordre 1 et 2
- Savoir multiplier les matrices
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Équations différentielles ordinaires du premier ordre
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Définition et notation des équations différentielles du premier ordre
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- exprimer une équation différentielle du premier ordre sous différentes formes
- reconnaitre la nature (homogène, linéaire ou à variables séparables) d'une équation différentielle du premier ordre
- exprimer une équation différentielle du premier ordre sous différentes formes
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Cette partie contient des méthodes de calcul sur les sommes, le calcul avec des nombres complexes et des calculs de géométrie.
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Sommes, Identités
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Sommes et produits
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Sommes et produits de fonctions
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Un grain plus avancé sur les sommes et produits.
- Manipuler les sommes et produits de fonctions exponentielles et logarithmes en préparation au calcul de maxima de vraisemblance.
- Dériver des sommes de fonctions
Prérequis :- Savoir manipuler les signes somme et produit
- Dérivation
- Connaître les règles de calcul de l'exponentielle, du logarithme, et des fonctions puissances
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Binôme de Newton
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- Calculer les coefficients d'une somme par la formule du binôme
- Développer un polynôme
- Savoir manipuler le signe somme
- Savoir calculer des factorielles et des coefficients binomiaux
- Calculer les coefficients d'une somme par la formule du binôme
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Résolution d'équations
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Systèmes d’équations linéaires, équation de droites
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- Déterminer une équation de droite
- Résoudre un système d'équations linéaires
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Trinômes
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- Reconnaître les trinômes
- Calcul du discriminant
- Trouver les racines d'un trinôme
- Donner le signe d'un trinôme
- Calculer le maximum / le minimum d'une fonction trinôme
- Graphe associé à une fonction trinôme
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Nombres complexes
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Définition et opérations
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- Ecriture des nombres complexes en partie réelle et partie imaginaire
- Addition et multiplication de nombres complexes
- Conjugué d'un nombre complexe
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Module, argument et écriture exponentielle
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- Ecriture des nombres complexes en module et argument
- Addition et multiplication sous cette forme
- L'exponentielle complexe
- Nombres complexes de module 1
- Ecriture des nombres complexes en module et argument
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Représentation géométrique
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- Affixe d'un point du plan, d'un vecteur du plan
- Se servir des nombres complexes pour calculer les coordonnées d'un point
- Se servir des nombres complexes pour montrer des propriétés géométriques
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Exercices interactifs pour visualiser les positions dans le plan complexe :
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Nombres complexes et trigonométrie
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- Formule de Moivre
- Formule d'Euler
- Application à la linéarisation
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Calculs géométriques
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Aires et volumes
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- Savoir calculer l'aire et le volume d'un ensemble géométrique
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Calcul d'angles en radian
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- Connaître les cosinus, sinus et tangente des angles usuels
- Savoir calculer les cosinus et sinus d'une somme d'angle
- Savoir calculer la somme de deux cosinus, de deux sinus
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Cette partie présente les caractéristiques simples des fonctions et étudie les familles de fonctions les plus couramment utilisées.
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Généralités sur les fonctions
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Domaine de définition, graphe
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- Déterminer un domaine de définition
- Déterminer les caractéristiques de fonctions à partir de leur graphe : positivité, valeurs atteintes, comparaison de fonctions.
- Déterminer un domaine de définition
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Exercices interactifs pour tester le changement d'échelle et le décalage dans une fonction :
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Composition des fonctions
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- Calculer l'image d'un réel par une fonction composée
- Calculer l'expression d'une fonction composée
- Décomposer une fonction suivant une composition de fonction
- Calculer l'image d'un réel par une fonction composée
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Parité
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Fonction bornée
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Fonction croissante et décroissante
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Fonctions usuelles
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Fonctions linéaires et affines
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- Connaître les fonctions linéaires et affines
- Savoir les propriétés associées
- Déterminer les paramètres à partir d'un graphe
- Connaître les fonctions linéaires et affines
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Fonctions exponentielle, logarithme népérien et logarithme décimal
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- Connaître les fonctions exponentielle et logarithme
- Savoir les propriétés associées
- Déterminer la relation entre exponentielle et logarithme
- Connaître les fonctions exponentielle et logarithme
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Fonctions puissances
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- Connaître les différents type de fonctions puissance
- Déterminer leurs limites, dérivée et représentation graphique
- Etablir le lien entre fonction puissance et exponentielle
- Connaître les différents type de fonctions puissance
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Fonctions trigonométriques
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- Connaître l'ensemble de définition et les relations entre les fonctions sinus, cosinus et tangente
- Connaitre la parité et périodicité des fonctions sinus, cosinus et tangente
- Connaître l'ensemble de définition et les relations entre les fonctions sinus, cosinus et tangente
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Fonctions rationnelles
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Définition et partie entière
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- Définir une fraction rationnelle et son degré
- Savoir identifier ses racines et ses pôles
- Savoir décomposer la fraction en partie entière et reste
- Définir une fraction rationnelle et son degré
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Partie polaire et décomposition en éléments simples
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Variations et limites d'une fraction rationnelle
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Cette partie présente de manière approfondie les calculs des propriétés analytiques des fonctions. La maîtrise de ces méthodes est importante pour les applications en physique et en économie.
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Limite d'une fonction
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- Savoir calculer les limites à gauche et à droite d'une fonction.
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Limite d'une fonction à l'infini
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Limite de fonctions usuelles
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- Limites de fonctions puissance d’exposant entier strictement positif, strictement négatif.
- Limites de fonctions exponentielles.
- Limites de fonctions logarithmes.
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Opérations sur les limites
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- Sommes, produits de limites.
- Factorisation des fractions rationnelles.
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Théorèmes de comparaison sur les limites
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Continuité
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Continuité d'une fonction en un point
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Savoir prouver la continuité à droite et à gauche d'une fonction en utilisant les limites
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Opérations algébriques et continuité
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- Prouver la continuité de sommes et produits de fonctions continues.
- Prouver la continuité de compositions et fractions rationnelles de fonctions continues.
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Dérivation
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Nombre dérivé d'une fonction
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Savoir calculer le nombre dérivé par la méthode du taux d'accroissement
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Propriétés de la dérivée et dérivation d'une fonction usuelle
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Opérations sur les dérivées
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- Savoir calculer la dérivée d'une fonction comportant des produits, carrés, inverses et quotients de fonctions usuelles
- Liste de dérivées usuelles
- Savoir calculer la dérivée d'une fonction comportant des produits, carrés, inverses et quotients de fonctions usuelles
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Dérivée d'une composition de fonctions
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Calcul avancé
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- Dérivée d'une fonction réciproque
- Fonctions trigonométriques réciproques et fonctions hyberboliques
- Dérivée d'une fonction réciproque
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Tableau de variations
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- Étudier le signe de la dérivée.
- Renseigner les intervalles de monotonie d'une fonction dans un tableau de variation.
- Dérivée des fonctions usuelles.
- Dérivée et opérations algébriques des fonctions.
- Dérivée et composition des fonctions
- Étudier le signe de la dérivée.
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Développements limités
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Formules de Taylor
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- Savoir écrire le développement de Taylor-Young au voisinage d'un point
- Savoir écrire le développement de Taylor-Lagrange au voisinage d'un point
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Recherche du maximum ou du minimum d'une fonction
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- Déterminer les minimums et maximums locaux d'un fonction deux fois dérivable.
- Déterminer le minimum et maximum local d'une fonction deux fois dérivable sur un intervalle
- Dérivée des fonctions usuelles.
- Dérivée et opérations algébriques des fonctions.
- Dérivée et composition des fonctions
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Développements en série entière
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- Connaître les développements en série entière des fonctions usuelles
- Calculer la dérivée d'une série entière
- Calculer l'intégrale d'une série entière
- Composer deux développements
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Intégration
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Propriétés de l'intégration
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- Connaître les propriétés de l'intégrale sur un segment réel [a,b] : croissance, linéarité, additivité par rapport au domaine d'intégration.
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Intégration de fonctions usuelles
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- connaître les primitives des fonctions usuelles
- savoir calculer une intégrale à partir des primitives
- connaître les primitives des fonctions usuelles
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Intégration de fonctions composées
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- savoir calculer et reconnaître une intégrale de fonction composée
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Intégration par partie
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- Appliquer l'intégration par partie au calcul d'intégrale
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Intégration par changement de variable
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- Calculer une intégrale en appliquant à la variable d'intégration une application monotone .
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Intégrales indéfinies
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- Evaluer la convergence ou divergence d'une intégrale indéfinie.
- Calculer les intégrales indéfinies convergentes.
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Intégrales indéfinies 2
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- Evaluer la convergence ou divergence d'une intégrale indéfinie.
- Calculer les intégrales indéfinies convergentes.
Prérequis- Savoir calculer avec les méthodes d'intégration par parties et de changement de variable
- Utiliser le théorème de comparaison dans le cas de fonctions positives.
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Fonction de plusieurs variables
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Dérivées partielles
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- Calculer les dérivées partielles d'ordre 1 et 2
- Calculer le développement de Taylor à l'ordre 1 et 2
Prérequis- Savoir calculer les dérivées ordinaires
- Savoir multiplier les matrices
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Extremums
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- Déterminer les maximums et minimums d'une fonction de plusieurs variables à l'intérieur d'un ouvert
Prérequis- Savoir calculer les dérivées partielles d'ordre 1 et 2
- Savoir multiplier les matrices
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Cette partie décrit les lois de probabilité et leurs caractéristiques pour préparer au cours de statistiques des écoles d'ingénieurs.
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Statistiques descriptives
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Statistiques descriptives univariées
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- Savoir identifier les différentes variables et le nombre d'individus d'un jeu de données
- Reconnaître les types des différentes variables
- Savoir calculer des indicateurs de position (moyenne, médiane, quantiles)
- Savoir calculer les indicateurs de dispersion (écart-type, variance, étendue) et les interpréter
- Savoir lire ces informations sur les graphes usuels (boites à moustache, histogramme, diagramme en camembert...)
- Savoir identifier les différentes variables et le nombre d'individus d'un jeu de données
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Coefficient de corrélation
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- Comprendre et interpréter un coefficient de corrélation
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Probabilités
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Lois de probabilité discrètes
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- savoir définir une loi de probabilité discrète
- calculer la fonction de répartition d'une loi
- calculer espérance et variance d'une loi
Pré-requis : calculer la somme pour des suites simples
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Lois de probabilité continues
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- savoir définir une loi de probabilité continue
- calculer la fonction de répartition d'une loi
- calculer espérance et variance d'une loi
Pré-requis : calculer l'intégrale pour des fonctions simples, savoir intégrer par parties
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Loi de Bernoulli et loi binomiale
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- savoir identifier la loi de Bernoulli et la loi binomiale
- connaître les propriétés de ces lois
- savoir les appliquer sur des cas réels
Pré-requis : connaître les notions de variable aléatoire discrète, espérance et variance
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Loi géométrique et loi exponentielle
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- savoir identifier la loi géométrique et la loi exponentielle
- connaître les propriétés de ces lois
- savoir les appliquer sur des cas réels
Pré-requis : connaître les notions de variable aléatoire discrète et continue, espérance et variance, connaître la loi de Bernoulli.
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Loi et processus de Poisson
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- savoir identifier la loi de Poisson
- connaître les propriétés de cette loi
- savoir utiliser les définitions du processus de Poisson
- connaître les relations du processus de Poisson avec les lois discrètes usuelles
Pré-requis : connaître les notions de variable aléatoire discrète et continue, espérance et variance, connaître la loi binomiale
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Loi normale
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- Savoir identifier la loi normale
- Connaître les propriétés de cette loi
- Savoir l'appliquer sur des cas réels
- Savoir identifier la loi normale
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Loi du Chi-deux, de Student et de Fisher
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- Savoir identifier ces lois
- Connaître les propriétés de ces lois
- Savoir les appliquer sur des cas réels
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Loi de Bayes
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- Savoir appliquer la loi de Bayes pour des événements ou des variables aléatoires
- Savoir appliquer la loi de Bayes pour des événements ou des variables aléatoires
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Un exercice interactif pour utiliser la loi de Bayes :
Test médical d'une infection -
Loi normale multivariée
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- Comprendre l'espérance et la matrice de covariance
- Connaître les rêgles de calcul pour des vecteurs
- Avoir une intuition sur la matrice de covariance
Pré-requis :- Connaître les notions de variable aléatoire gaussienne
- Savoir effectuer des produits de matrices
- Comprendre l'espérance et la matrice de covariance
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Cette partie présente le calcul matriciel et les définitions et propriétés des espaces vectoriels.
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Calcul matriciel
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Définition et notation des matrices
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- déterminer les dimensions d'une matrice rectangulaire
- utiliser les indices de lignes et de colonne
- reconnaître les formes
particulières de matrices (diagonales, triangulaires, symétriques et
antisymétriques)
- déterminer les dimensions d'une matrice rectangulaire
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Opérations sur les matrices
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- Savoir calculer la somme de deux matrices, la transposée d'une matrice, la multiplication d'une matrice par un scalaire, le produit de deux matrices, la puissance d'une matrice
- Connaître les propriétés des opérateurs sur les matrices
- Savoir effectuer un calcul matriciel incluant plusieurs opérations incluant : somme, transposée, multiplication par un scalaire, produit, puissance
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Déterminants
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- Savoir calculer le déterminant d'une matrice carrée de taille quelconque
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Inverse d'une matrice
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- Savoir vérifier si deux matrices sont inverses l'une de l'autre
- Savoir identifier si une matrice est inversible à l'aide d'un calcul de déterminant
- Savoir calculer l'inverse d'une matrice via la comatrice
- Savoir résoudre un système d'équations linéaires par un calcul matriciel
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Diagonalisation d'une matrice
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- Savoir calculer les valeurs propres d'une matrice
- Savoir déterminer les espaces propre d'une matrice
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Espaces vectoriels réels de dimension finie
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Deux exercices pour visualiser la somme et la différence de deux vecteurs :
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Bases et dimension d'un espace vectoriel
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Produit scalaire et orthogonalité
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- Savoir calculer un produit scalaire et une norme.
- Savoir caractériser l'orthogonalité des sous-espaces vectoriels.
- Savoir calculer un produit scalaire et une norme.
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Un exercice pour estimer visuellement le produit scalaire de deux vecteurs :
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- Connaître la définition d'une application linéaire (AL) et la terminologie associée (morphisme, endomorphisme, isomorphisme, noyau, image)
- Savoir identifier si une application est linéaire et savoir exprimer sa matrice caractéristique dans les bases canoniques de et de
- Connaître l'équivalent matriciel de la somme de deux AL, la multiplication d'une AL par un scalaire, la composée de deux AL, l'inverse d'une AL
- Savoir calculer le noyau d'une AL
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Cette partie présente les méthodes de résolution d'équations différentielles, nécessaires à la modélisation physique, chimique, biologique, écologique et économique.
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Équations différentielles ordinaires du premier ordre
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Définition et notation des équations différentielles du premier ordre
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- exprimer une équation différentielle du premier ordre sous différentes formes
- reconnaitre la nature (homogène, linéaire ou à variables séparables) d'une équation différentielle du premier ordre
- exprimer une équation différentielle du premier ordre sous différentes formes
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Résolution des équations différentielles à variables séparables
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- Résoudre une équation différentielle à variables séparables
- Déterminer une relation implicite entre la fonction et la variable.
- Expliciter la fonction quand c'est possible.
- Résoudre une équation différentielle homogène en la transformant en équation différentielle à variables séparables
- Intégration,
- Dérivation,
- Décomposition des fractions rationnelles en éléments simples.
- Résoudre une équation différentielle à variables séparables
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Résolution des équations différentielles linéaires
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- Résoudre une équation différentielle linéaire du premier ordre sans second membre
- Déterminer une solution particulière de l'équation avec second membre par variation de la constante
- Déterminer une solution particulière pour une équation à coefficient constant
- Intégration,
- Dérivation,
- Décomposition des fractions rationnelles en éléments simples.
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Système différentiel linéaire homogène à coefficients constants
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- Savoir exprimer un système différentiel linéaire homogène à coefficients constants sous forme matricielle
- Connaître l'expression de la solution d'un tel système sous forme matricielle (cas d'une matrice des coefficients diagonalisable à valeurs propres réelles)
- Savoir calculer la solution d'un tel système
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Équations différentielles ordinaires du second ordre
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Résolution des équations différentielles linéaires du second ordre
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- Polynôme caractéristique
- Forme des solutions d'une équation différentielle linéaire du second ordre à coeficients constants sans second membre
- Intégration
- Dérivation
- Polynôme caractéristique
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Équations différentielles et transformée de Laplace
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Transformée de Laplace et transformée de Laplace inverse
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- Calcul des transformées de Laplace
- Originales des transformées de Laplace
- Intégration
- Dérivation
- Calcul des transformées de Laplace
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Transformée de Laplace et résolution d'équations différentielles
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- Transformée de Laplace d'une équation différentielle
- Résolution d'équations différentielles
- Intégration
- Dérivation
- Transformée de Laplace d'une équation différentielle
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