Passer au contenu
Sujets

Mathématiques A-Level

Conseils

Le A-Level Mathematics (9709) est composé de plusieurs modules, et n'est pas enseigné comme un bloc unique : Pure 1, 2 et 3, Mécanique, et Probability & Statistics 1 et 2. Le choix des modules que vous passez dépend de l'inscription de votre établissement — vérifiez cela avant de planifier vos révisions. Inutile de répéter intensivement la Mécanique si vous êtes inscrit en Statistiques.

Pure est la colonne vertébrale. Tout le reste suppose que vous pouvez dériver, intégrer et manipuler l'algèbre sans y penser. Une faiblesse dans ce domaine se traduit par des points perdus en Mécanique et en Statistiques, et non en Pure.

Les points de méthode sont généreux, et ils sont attribués pour ce que vous avez noté. Montrer chaque ligne est l'habitude offrant le meilleur retour sur investissement dans cette matière.

  • 1

    Mathématiques Pures 1

    Regarder la leçon

    Cette fiche couvre le Topic 1 : Mathématiques Pures 纯数学 1. C'est le cœur algébrique 代数 et calcul 微积分 du cours. Chaque ## section est un sous-thème du programme.

    1.1

    Quadratiques

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    effectuer le processus de mise en carré complet pour un polynôme quadratique $ax^2 + bx + c$ et utiliser une forme complétée ex. : pour localiser le sommet de la courbe de $y = ax^2 + bx + c$ ou pour tracer la courbe
    trouver le discriminant d'un polynôme quadratique $ax^2 + bx + c$ et utiliser le discriminant ex. : pour déterminer le nombre de racines réelles de l'équation $ax^2 + bx + c = 0$. La connaissance du terme « racine double » est incluse.
    résoudre des équations quadratiques et des inéquations quadratiques à une inconnue Par factorisation, mise en carré complet et utilisation de la formule.
    résoudre par substitution un système de deux équations simultanées dont l'une est linéaire et l'autre quadratique ex. : $x + y + 1 = 0$ et $x^2 + y^2 = 25$, $2x + 3y = 7$ et $3x^2 = 4 + 4xy$.
    reconnaître et résoudre des équations en $x$ qui sont quadratiques par rapport à une fonction de $x$. ex. : $x^4 - 5x^2 + 4 = 0$, $6x + \sqrt{x} - 1 = 0$, $\tan^2 x = 1 + \tan x$.

    Source : Programme Cambridge International

    La mise sous forme carrée trouve le sommet
    Le pont suspendu Golden Gate
    Un pont suspendu : le câble principal pend selon une parabole.

    Un quadratique 二次式 est une expression de la forme $ax^2 + bx + c$, où $a \neq 0$. Les lettres $a$, $b$, $c$ sont les coefficients 系数 (les nombres fixes). Une grande partie de cette section porte sur la résolution de l'équation $ax^2 + bx + c = 0$.

    Mise sous forme carrée

    Mettre sous forme carrée 配方 signifie écrire le quadratique sous la forme

    $$a(x + p)^2 + q.$$
    Cette forme est utile : elle montre le sommet 顶点 (point de retournement) de la courbe en $(-p,\ q)$, et fournit un moyen rapide de résoudre l'équation.

    Exemple résolu. Écrire $9x^2 - 36x + 8$ sous la forme $p(x + q)^2 + r$.

    Sortir le facteur $9$ des deux premiers termes, puis mettre le carré à l'intérieur :

    $$\begin{aligned} 9x^2 - 36x + 8 &= 9\left(x^2 - 4x\right) + 8 \\ &= 9\left((x - 2)^2 - 4\right) + 8 \\ &= 9(x - 2)^2 - 36 + 8 = 9(x - 2)^2 - 28. \end{aligned}$$
    Donc $p = 9$, $q = -2$, $r = -28$.

    La parabole y vaut 9 fois (x moins 2) au carré moins 28 avec son sommet marqué à 2, moins 28, lu directement depuis la forme complétée
    La forme complétée vous donne le sommet : valeur minimale -28 en x vaut 2

    Le discriminant

    Le discriminant 判别式 de $ax^2 + bx + c$ est

    $$\Delta = b^2 - 4ac.$$
    Il vous dit combien de racines réelles 实根 (solutions réelles) l'équation $ax^2 + bx + c = 0$ possède :

    Discriminant Racines
    $b^2 - 4ac > 0$ deux racines réelles distinctes 相异
    $b^2 - 4ac = 0$ une racine réelle double
    $b^2 - 4ac < 0$ pas de racines réelles
    Trois paraboles : une traversant l'axe des x deux fois, une le touchant une fois, une ne l'atteignant pas
    Le signe de $b^2-4ac$ décide combien de fois la parabole rencontre l'axe $x$.

    Exemple résolu. Trouver les valeurs de la constante $k$ pour lesquelles $3kx^2 + (k + 8)x + 3 = 0$ a deux racines réelles distinctes.

    Ici $a = 3k$, $b = k + 8$, $c = 3$. Pour deux racines réelles distinctes, il faut $b^2 - 4ac > 0$ :

    $$(k + 8)^2 - 4(3k)(3) > 0 \;\Rightarrow\; k^2 + 16k + 64 - 36k > 0 \;\Rightarrow\; k^2 - 20k + 64 > 0.$$
    Factoriser : $(k - 4)(k - 16) > 0$, donc $k < 4$ ou $k > 16$. Il faut aussi $a \neq 0$, donc $k \neq 0$.

    Équations et inégalités quadratiques

    Pour résoudre une équation du second degré 二次方程, factoriser, mettre sous forme de carré parfait, ou utiliser la formule

    $$x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}.$$
    Pour résoudre une inéquation du second degré 二次不等式 telle que $(k - 4)(k - 16) > 0$, trouver les deux racines, puis déterminer quel côté de chaque racine rend l'inégalité vraie. Un croquis de la parabole 抛物line aide : la courbe est au-dessus de l'axe $x$ (positif) à l'extérieur des racines et en dessous (négatif) entre elles.

    Systèmes d'équations simultanées

    Pour résoudre un système de deux équations simultanées 联立方程 où l'une est linéaire et l'autre quadratique, utiliser la substitution 代入 : réarranger l'équation linéaire pour exprimer une variable, puis substituer cette expression dans l'équation quadratique. Cela donne une seule équation du second degré à résoudre.

    Équations qui sont du second degré par substitution

    Certaines équations sont du second degré par rapport à une fonction de $x$. Par exemple $x^4 - 5x^2 + 4 = 0$ est du second degré par rapport à $x^2$ : posons $u = x^2$, résolvons $u^2 - 5u + 4 = 0$, puis revenons à $x$. Vous utiliserez cette idée à nouveau en trigonométrie.

    Explorer

    La forme d'un polynôme du second degré

    y = ax² + bx + c

    Faites glisser a, b et c. Observez le sommet, l'axe de symétrie et les racines (où il coupe l'axe x) bouger lorsque les coefficients changent.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    Pure Mathematics/pjʊə ˌmæθɪˈmætɪks/ 纯数学 chún shù xué
    quadratic/kwɒˈdrætɪk/ 二次式 èr cì shì
    complete the square/kəmˈpliːt ðə skweə/ 配方 pèi fāng
    vertex/ˈvɜːteks/ 顶点 dǐng diǎn
    discriminant/dɪˈskrɪmɪnənt/ 判别式 pàn bié shì
    real roots/rɪəl ruːts/ 实根 shí gēn
    distinct/dɪˈstɪŋkt/ 相异 xiāng yì
    quadratic equation/kwɒˈdrætɪk ɪˈkweɪʒn/ 二次方程 èr cì fāng chéng
    quadratic inequality/kwɒˈdrætɪk ɪniːˈkwɒlɪti/ 二次不等式 èr cì bù děng shì
    simultaneous equations/ˌsɪməlˈteɪnɪəs ɪˈkweɪʒnz/ 联立方程 lián lì fāng chéng
    substitution/ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ 代入 dài rù
    function/ˈfʌŋkʃn/ 函数 hán shù
    composition of functions/ˌkɒmpəˈzɪʃn ɒv ˈfʌŋkʃnz/ 复合函数 fù hé hán shù
    range/reɪndʒ/ 值域 zhí yù
    one-one/wʌn wʌn/ 一一对应 yī yī duì yìng
    inverse function/ɪnˈvɜːs ˈfʌŋkʃn/ 反函数 fǎn hán shù
    coefficient/ˌkəʊɪˈfɪʃənt/ 系数 xì shù
    parabola/pəˈræbələ/ 抛物线 pāo wù xiàn
    1.2

    Fonctions

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre les termes fonction, domaine, ensemble image, fonction bijective, fonction réciproque et composition de fonctions
    identifier l'ensemble image d'une fonction donnée dans des cas simples, et trouver la composition de deux fonctions données ex. : ensemble image de $f : x \mapsto \frac{1}{x}$ pour $x \geqslant 1$ et ensemble image de $g : x \mapsto x^2 + 1$ pour $x \in \mathbb{R}$. Y compris la condition qu'une fonction composée $gf$ ne peut être formée que lorsque l'image de $f$ est contenue dans le domaine de $g$.
    déterminer si une fonction donnée est bijective et trouver la réciproque d'une fonction bijective dans des cas simples ex. : trouver la réciproque de $h : x \mapsto (2x + 3)^2 - 4$ pour $x < -\frac{3}{2}$.
    illustrer graphiquement la relation entre une fonction bijective et sa réciproque Les croquis doivent indiquer la droite de symétrie $y = x$.
    comprendre et utiliser les transformations de la courbe de $y = f(x)$ données par $y = f(x) + a$, $y = f(x + a)$, $y = af(x)$, $y = f(ax)$ et leurs combinaisons simples. Y compris l'utilisation des termes « translation », « réflexion » et « étirement » pour décrire les transformations. Les questions peuvent porter sur des fonctions algébriques ou trigonométriques, ou d'autres courbes présentant des caractéristiques données.

    Source : Programme Cambridge International

    Transformation de graphiques : translation et étirement

    Une fonction 函数 est une règle qui associe à chaque entrée exactement une sortie. On l'écrit sous la forme $f(x)$. La composition de fonctions 复合函数 $fg(x)$ signifie appliquer $g$ en premier, puis appliquer $f$ au résultat.

    • Le domaine 定义域 est l'ensemble des entrées autorisées $x$.
    • L'image 值域 est l'ensemble des sorties que la produit réellement la fonction.

    Une fonction est bijective (ou un-à-un) 一一对应 si différentes entrées donnent toujours des sorties différentes. (Aucune sortie n'est répétée.) Seule une fonction bijective admet une fonction réciproque 反函数 $f^{-1}$, qui inverse la règle.

    La composition 复合 de deux fonctions consiste à en effectuer une après l'autre. $fg(x)$ signifie "faire $g$ en premier, puis $f$" : $fg(x) = f(g(x))$. La fonction composée $fg$ n'existe que si l'image de $g$ est incluse dans le domaine de $f$.

    Trouver une réciproque

    Pour trouver $f^{-1}$ : écrire $y = f(x)$, isoler $x$ comme sujet, puis échanger les lettres.

    Exemple commenté. La fonction $f(x) = (x + 3)^2 - 12$ est définie pour $x \geqslant 0$. Trouver $f^{-1}(x)$.

    Écrire $y = (x + 3)^2 - 12$ et résoudre pour $x$ :

    $$(x + 3)^2 = y + 12 \;\Rightarrow\; x + 3 = \sqrt{y + 12} \;\Rightarrow\; x = \sqrt{y + 12} - 3.$$
    On prend la racine positif car $x \geqslant 0$ signifie $x + 3 \geqslant 3 > 0$. Donc
    $$f^{-1}(x) = \sqrt{x + 12} - 3.$$

    Graphes des réciproques et transformations

    Le graphe de $y = f^{-1}(x)$ est la réflexion 反射 de $y = f(x)$ par rapport à la droite $y = x$.

    Les graphiques de f et de son inverse se reflètent mutuellement de part et d'autre de la ligne y = x
    Réfléchir $y=f(x)$ dans la droite $y=x$ donne sa réciproque ; un point $(a,b)$ devient $(b,a)$.

    Vous devez connaître ces transformations 变换 de $y = f(x)$ :

    Nouvelle équation Effet sur le graphe
    $y = f(x) + a$ translation 平移 vers le haut de $a$
    $y = f(x + a)$ translation vers la gauche de $a$
    $y = a\,f(x)$ étirement 伸缩 dans la direction $y$, facteur d'échelle $a$
    $y = f(ax)$ étirement dans la direction $x$, facteur d'échelle $\tfrac{1}{a}$

    Lorsque deux transformations sont combinées, l'ordre peut compter. Indiquez chacune complètement (type, direction et quantité).

    Une courbe bosselée déplacée vers le haut et la gauche, et étirée plus haute et plus étroite
    Ajouter à la sortie ou à l'entrée déplace la courbe ; un multiplicateur l'étire.
    Explorer

    Explorer une fonction

    y = ax³ + bx² + cx + d

    Une fonction transforme chaque entrée en exactement une sortie — faites glisser les coefficients et observez où la courbe monte et descend.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    domain/dəˈmeɪn/ 定义域 dìng yì yù
    composition/ˌkɒmpəˈzɪʃn/ 复合 fù hé
    reflection/rɪˈflekʃn/ 反射 fǎn shè
    transformations/trænsfɔːˈmeɪʃnz/ 变换 biàn huàn
    translation/trænˈsleɪʃn/ 平移 píng yí
    stretch/stretʃ/ 伸缩 shēn suō
    Coordinate geometry/kəʊˈɔːdɪnət dʒiˈɒmətri/ 坐标几何 zuò biāo jǐ hé
    1.3

    Géométrie analytique

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    trouver l'équation d'une droite étant donné suffisamment d'informations ex. : étant donné deux points, ou un point et la pente.
    interpréter et utiliser n'importe quelle des formes $y = mx + c$, $y - y_1 = m(x - x_1)$, $ax + by + c = 0$ pour résoudre des problèmes Y compris les calculs de distances, de pentes, de milieux, de points d'intersection et l'utilisation de la relation entre les pentes de droites parallèles et perpendiculaires.
    comprendre que l'équation $(x - a)^2 + (y - b)^2 = r^2$ représente le cercle de centre $(a, b)$ et de rayon $r$ Y compris l'utilisation de la forme développée $x^2 + y^2 + 2gx + 2fy + c = 0$.
    utiliser des méthodes algébriques pour résoudre des problèmes impliquant des droites et des cercles Y compris l'utilisation de propriétés géométriques élémentaires des cercles, ex. : tangente perpendiculaire au rayon, angle dans un demi-cercle, symétrie. La différentiation implicite n'est pas incluse.
    comprendre la relation entre une courbe et son équation algébrique associée, et utiliser la relation entre les points d'intersection des courbes et les solutions d'équations. ex. : pour déterminer l'ensemble des valeurs de $k$ pour lesquelles la droite $y = x + k$ coupe, touche ou ne rencontre pas une courbe quadratique.

    Source : Programme Cambridge International

    Géométrie analytique 坐标几何 étudie les droites et les cercles via leurs équations.

    Droites

    Le coefficient directeur (pente) 斜率 de la droite reliant $(x_1, y_1)$ et $(x_2, y_2)$ est

    $$m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}.$$
    On peut écrire l'équation d'une droite 直线方程 de plusieurs manières :
    $$y = mx + c, \qquad y - y_1 = m(x - x_1), \qquad ax + by + c = 0.$$
    Deux droites sont parallèles 平行 quand leurs coefficients directeurs sont égaux, et perpendiculaires 垂直 (à angle droit) quand le produit de leurs coefficients directeurs est $-1$.

    Cercles

    Le cercle 圆 de centre 圆心 $(a, b)$ et de rayon 半径 $r$ a pour équation

    $$(x - a)^2 + (y - b)^2 = r^2.$$
    Une forme développée comme $x^2 + y^2 - 6x + 10y - 27 = 0$ représente le même cercle : mettre sous forme de carré complet en $x$ et en $y$ pour trouver le centre et le rayon.

    Une tangente 切线 à un cercle le touche en un seul point et est perpendiculaire au rayon en ce point. Cette propriété d'angle droit résout la plupart des problèmes de géométrie circulaire.

    Un cercle avec un rayon dessiné jusqu'à un point et une ligne tangente le rencontrant à angle droit
    Une tangente touche le cercle une fois et rencontre le rayon à angle droit.

    Exemple commenté. Les points $P(1, 1)$ et $Q(7, 11)$ sont les extrémités d'un diamètre 直径 d'un cercle. Trouver l'équation du cercle.

    Le centre est le milieu de $PQ$ :

    $$\left(\frac{1 + 7}{2},\ \frac{1 + 11}{2}\right) = (4, 6).$$
    Le rayon est la moitié de la longueur de $PQ$ :
    $$r = \tfrac12\sqrt{(7 - 1)^2 + (11 - 1)^2} = \tfrac12\sqrt{36 + 100} = \tfrac12\sqrt{136} = \sqrt{34}.$$
    Donc le cercle est $(x - 4)^2 + (y - 6)^2 = 34$.

    Explorer

    La droite

    y = ax + b

    La pente a incline la droite ; l'ordonnée à l'origine b la déplace verticalement.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    circle/ˈsɜːkl/ 圆 yuán
    centre/ˈsentə/ 圆心 yuán xīn
    radius/ˈreɪdɪəs/ 半径 bàn jìng
    tangent/ˈtændʒənt/ 切线 qiè xiàn
    diameter/daɪˈæmɪtə/ 直径 zhí jìng
    1.4

    Mesure circulaire

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la définition d'un radian, et utiliser la relation entre radians et degrés
    utiliser les formules $s = r\theta$ et $A = \frac{1}{2}r^2\theta$ dans la résolution de problèmes concernant la longueur d'arc et l'aire de secteur d'un cercle. Y compris le calcul de longueurs et d'angles dans des triangles et d'aires de triangles.

    Source : Programme Cambridge International

    Qu'est-ce qu'un radian ?

    Radians

    Un radian 弧度 est une autre manière de mesurer les angles. Un radian est l'angle au centre d'un cercle qui intercepte un arc 弧 dont la longueur est égale au rayon. Le lien entre radians et degrés 度 est

    $$\pi \text{ radians} = 180^\circ.$$
    Donc pour convertir des degrés en radians, multiplier par $\dfrac{\pi}{180}$ ; pour convertir des radians en degrés, multiplier par $\dfrac{180}{\pi}$.

    Un cercle avec un secteur dont l'arc mesure exactement une longueur de rayon ; l'angle au centre est d'un radian, soit environ 57.3 degrés
    Un radian : l'angle dont l'arc est égal au rayon

    Longueur d'arc et aire de secteur

    Pour un secteur 扇形 de rayon $r$ et d'angle $\theta$ en radians :

    $$\text{arc length} = s = r\theta, \qquad \text{sector area} = A = \tfrac12 r^2 \theta.$$
    Une corde 弦 divise le secteur en un triangle et un segment 弓形. L'aire du segment est celle du secteur moins celle du triangle :
    $$\text{segment} = \tfrac12 r^2 \theta - \tfrac12 r^2 \sin\theta = \tfrac12 r^2(\theta - \sin\theta).$$

    Un secteur avec rayon r, angle au centre theta, un arc, une corde, et le segment ombragé
    Le segment hachuré est la partie du secteur comprise entre la corde et l'arc.

    Exemple commenté. Un secteur a pour centre $O$ et l'angle en $O$ mesure $\tfrac{2}{3}\pi$ radians. Montrer que le segment coupé par la corde a une aire d'environ $0.614 r^2$.

    $$\text{segment} = \tfrac12 r^2\left(\tfrac{2}{3}\pi - \sin\tfrac{2}{3}\pi\right) = \tfrac12 r^2(2.0944 - 0.8660) = \tfrac12 r^2(1.2284) \approx 0.614 r^2.$$
    Explorer

    Radians, arcs et secteurs

    Changez l'angle (en radians) et le rayon. Voyez la longueur de l'arc $s = r\theta$ et l'aire du secteur $\tfrac12 r^2\theta$ se mettre à jour.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    radian/ˈreɪdɪən/ 弧度 hú dù
    arc/ɑːk/ 弧 hú
    degrees/dɪˈɡriːz/ 度 dù
    sector/ˈsektə/ 扇形 shàn xíng
    chord/kɔːd/ 弦 xián
    segment/ˈseɡmənt/ 弓形 gōng xíng
    1.5

    Trigonométrie

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    tracer et utiliser les graphes des fonctions sinus, cosinus et tangente (pour des angles de toute taille, et en utilisant soit des degrés soit des radians) Y compris ex. : $y = 3 \sin x$, $y = 1 - \cos 2x$, $y = \tan(x + \frac{1}{4}\pi)$.
    utiliser les valeurs exactes du sinus, du cosinus et de la tangente de $30^\circ$, $45^\circ$, $60^\circ$, et des angles associés ex. : $\cos 150^\circ = -\frac{1}{2}\sqrt{3}$, $\sin \frac{3}{4}\pi = \frac{1}{\sqrt{2}}$.
    utiliser les notations $\sin^{-1} x$, $\cos^{-1} x$, $\tan^{-1} x$ pour désigner les valeurs principales des relations trigonométriques inverses Aucune connaissance spécialisée de ces fonctions n'est requise, mais la compréhension de celles-ci comme exemples de fonctions réciproques est attendue.
    utiliser les identités $\frac{\sin \theta}{\cos \theta} \equiv \tan \theta$ et $\sin^2 \theta + \cos^2 \theta \equiv 1$ ex. : dans la preuve d'identités, la simplification d'expressions et la résolution d'équations.
    trouver toutes les solutions d'équations trigonométriques simples situées dans un intervalle spécifié (les formes générales de solution ne sont pas comprises). ex. : résoudre $3 \sin 2x + 1 = 0$ pour $-\pi < x < \pi$, $3 \sin^2 \theta - 5 \cos \theta - 1 = 0$ pour $0^\circ \leqslant \theta \leqslant 360^\circ$.

    Source : Programme Cambridge International

    Amplitude, période et ligne médiane d'une courbe sinusoïdale
    Le cercle unité trace la courbe sinus
    La roue London Eye au coucher du soleil
    Une grande roue : un point sur le bord monte et descend comme une courbe sinusoïdale.

    Graphes et valeurs exactes

    Vous devez connaître la forme des graphes des fonctions sinus 正弦, cosinus 余弦 et tangente 正tan (notées $\sin$, $\cos$, $\tan$). Les graphes du sinus et du cosinus oscillent entre $-1$ et $1$ et se répètent tous les $360^\circ$ ($2\pi$). Apprenez ces valeurs exactes :

    $\theta$ $30^\circ$ $45^\circ$ $60^\circ$
    $\sin\theta$ $\tfrac12$ $\tfrac{1}{\sqrt2}$ $\tfrac{\sqrt3}{2}$
    $\cos\theta$ $\tfrac{\sqrt3}{2}$ $\tfrac{1}{\sqrt2}$ $\tfrac12$
    $\tan\theta$ $\tfrac{1}{\sqrt3}$ $1$ $\sqrt3$
    Graphiques du sinus, cosinus et tangente de 0 à 360 degrés
    Sur un tour complet $\sin$ et $\cos$ restent entre $-1$ et $1$ ; $\tan$ tend vers l'infini en $90^\circ$ et $270^\circ$.

    Les notations $\sin^{-1}x$, $\cos^{-1}x$, $\tan^{-1}x$ désignent l'angle inverse (la valeur principale 主值).

    Identités

    Une identité 恒等式 est vraie pour toute valeur de l'angle. Les deux que vous devez connaître sont

    $$\tan\theta \equiv \frac{\sin\theta}{\cos\theta}, \qquad \sin^2\theta + \cos^2\theta \equiv 1.$$
    Utilisez-les pour réécrire une équation afin qu'elle ne contienne qu'une seule fonction trigonométrique.

    Résolution d'équations trigonométriques

    Pour résoudre une équation trigonométrique 三角方程, réduisez-la d'abord à une seule fonction, puis trouvez toutes les solutions dans l'intervalle donné.

    Exemple résolu. Résolvez $6\sin\theta = 1 + \dfrac{2}{\sin\theta}$ pour $-180^\circ < \theta < 180^\circ$.

    Multiplier par $\sin\theta$ pour supprimer la fraction. Cela donne une équation du second degré en $\sin\theta$ :

    $$6\sin^2\theta - \sin\theta - 2 = 0 \;\Rightarrow\; (3\sin\theta - 2)(2\sin\theta + 1) = 0.$$
    Donc $\sin\theta = \tfrac23$ ou $\sin\theta = -\tfrac12$.

    • $\sin\theta = \tfrac23$ : $\theta = 41.8^\circ$ ou $\theta = 180^\circ - 41.8^\circ = 138.2^\circ$.
    • $\sin\theta = -\tfrac12$ : $\theta = -30^\circ$ ou $\theta = -150^\circ$.

    Les quatre solutions sont $\theta = -150^\circ,\ -30^\circ,\ 41.8^\circ,\ 138.2^\circ$.

    Explorer

    Graphiques du sinus et du cosinus

    Faites glisser l'amplitude, la période et les décalages de y = a·sin(bx + c) + d et observez comment la courbe change par rapport à l'onde de base.

    Explorer

    Sinus et cosinus sur le cercle trigonométrique

    Faites glisser l'angle autour du cercle trigonométrique. La hauteur est $\sin\theta$, la distance horizontale est $\cos\theta$ — c'est de là que viennent les graphiques.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    sine/saɪn/ 正弦 zhèng xián
    cosine/ˈkəʊsaɪn/ 余弦 yú xián
    tangent function/ˈtændʒənt ˈfʌŋkʃn/ 正切 zhèng qiē
    principal value/ˈprɪnsɪpl ˈvæljuː/ 主值 zhǔ zhí
    identity/aɪˈdentɪti/ 恒等式 héng děng shì
    trigonometric equation/ˌtrɪɡənəʊˈmetrɪk ɪˈkweɪʒn/ 三角方程 sān jiǎo fāng chéng
    binomial expansion/baɪˈnəʊmɪəl ekˈspænʃn/ 二项展开式 èr xiàng zhǎn kāi shì
    binomial coefficient/baɪˈnəʊmɪəl ˌkəʊɪˈfɪʃənt/ 二项式系数 èr xiàng shì xì shù
    1.6

    Suites

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    utiliser le développement de $(a + b)^n$, où $n$ est un entier positif Comprendre les notations $\begin{pmatrix} n \\ r \end{pmatrix}$ et $n!$. La connaissance du terme de plus grand module et des propriétés des coefficients n'est pas requise.
    reconnaître les suites arithmétiques et géométriques
    utiliser les formules du $n$ terme et de la somme des premiers $n$ termes pour résoudre des problèmes impliquant des suites arithmétiques ou géométriques Comprendre que les nombres $a$, $b$, $c$ sont « en suite arithmétique » si $2b = a + c$ (ou équivalent) et « en suite géométrique » si $b^2 = ac$ (ou équivalent). Les questions peuvent impliquer plusieurs suites.
    utiliser la condition de convergence d'une suite géométrique, et la formule de la somme à l'infini d'une suite géométrique convergente.

    Source : Programme Cambridge International

    Le triangle de Pascal fournit les coefficients
    Somme à l'infini remplit le carré

    Développement binomial

    Pour un entier positif $n$, le développement binomial 二项展开式 est

    $$(a + b)^n = a^n + \binom{n}{1}a^{n-1}b + \binom{n}{2}a^{n-2}b^2 + \cdots + b^n,$$
    où $\binom{n}{r} = \dfrac{n!}{r!\,(n - r)!}$ est un coefficient binomial 二项式系数.

    Exemple commenté. Trouver les trois premiers termes, en puissances croissantes de $x$, de $(2 - px)^5$.

    $$(2 - px)^5 = 2^5 + \binom{5}{1}2^4(-px) + \binom{5}{2}2^3(-px)^2 + \cdots = 32 - 80px + 80p^2x^2 + \cdots$$

    Suites arithmétiques et géométriques

    Une suite 数列 est une liste de termes suivant une règle.

    • Une progression arithmétique 等差数列 (PA) ajoute une différence commune 公差 fixe $d$ à chaque étape. Le $n$ème terme 项 est $u_n = a + (n - 1)d$, et la somme des $n$ premiers termes est $S_n = \tfrac{n}{2}\big(2a + (n - 1)d\big)$.
    • Une progression géométrique 等比数列 (PG) multiplie par un rapport commun 公比 fixe $r$ à chaque étape. Le $n$ème terme est $u_n = ar^{\,n-1}$, et $S_n = \dfrac{a(1 - r^n)}{1 - r}$.
    Deux échelles à barreaux : une progression arithmétique qui augmente de plus 3 à chaque étape, et une progression géométrique dont les barreaux sont multipliés par 1.5 à chaque étape
    Une SA monte par iguals pas ; les pas d'une SG augmentent selon le même rapport

    Une SG est convergente — elle converge 收敛 (se stabilise vers une limite) — lorsque $|r| < 1$. Elle possède alors une somme à l'infini 无穷和

    $$S_\infty = \frac{a}{1 - r}.$$

    Exemple commenté. Le troisième terme d'une SG est $18$ et la somme des trois premiers termes est $26$. Le rapport est négatif. Trouver la somme à l'infini.

    De $ar^2 = 18$ on tire $a = \dfrac{18}{r^2}$. Insérer cela dans $a(1 + r + r^2) = 26$ :

    $$18(1 + r + r^2) = 26r^2 \;\Rightarrow\; 8r^2 - 18r - 18 = 0 \;\Rightarrow\; (4r + 3)(r - 3) = 0.$$
    Le rapport est négatif, donc $r = -\tfrac34$ et $a = \dfrac{18}{(3/4)^2} = 32$. Ensuite
    $$S_\infty = \frac{32}{1 - (-\tfrac34)} = \frac{32}{\tfrac74} = \frac{128}{7}.$$

    GP convergente : les barres rétrécissent vers zéro tandis que la somme courante approche S infini = a/(1-r)
    Suite géométrique convergente : les barres diminuent vers zéro tandis que la somme partielle approche S infini = a/(1-r)
    Explorer

    Suites arithmétiques et géométriques

    Basculez entre une suite arithmétique (ajouter d) et une suite géométrique (multiplier par r) et observez les termes et leur somme se construire.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    progression/prəˈɡreʃn/ 数列 shù liè
    arithmetic progression/əˈrɪθmətɪk prəˈɡreʃn/ 等差数列 děng chā shù liè
    common difference/ˈkɒmən ˈdɪfrəns/ 公差 gōng chāi
    term/tɜːm/ 项 xiàng
    geometric progression/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk prəˈɡreʃn/ 等比数列 děng bǐ shù liè
    common ratio/ˈkɒmən ˈreɪʃɪəʊ/ 公比 gōng bǐ
    converges/kənˈvɜːdʒɪz/ 收敛 shōu liǎn
    sum to infinity/sʌm tʊ ɪnˈfɪnɪti/ 无穷和 wú qióng hé
    Differentiation/ˌdɪfəˌrenʃɪˈeɪʃn/ 微分 wēi fēn
    gradient of a curve/ˈɡreɪdɪənt əvə kɜːv/ 曲线斜率 qū xiàn xié lǜ
    1.7

    Dérivation

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la pente d'une courbe en un point comme limite des pentes d'une suite appropriée de cordes, et utiliser les notations $f'(x)$, $f''(x)$, $\frac{\text{d}y}{\text{d}x}$ et $\frac{\text{d}^2y}{\text{d}x^2}$ pour les premières et secondes dérivées Seule une compréhension informelle de la notion de limite est attendue. ex. : inclut l'étude de la pente de la corde reliant les points de coordonnées $x$ $2$ et $(2 + h)$ sur la courbe $y = x^3$. L'utilisation formelle de la méthode générale de dérivation par définition n'est pas requise.
    utiliser la dérivée de $x^n$ (pour tout $n$ rationnel), ainsi que les multiples constants, sommes et différences de fonctions, et des fonctions composées en utilisant la règle de la chaîne ex. : trouver $\frac{\text{d}y}{\text{d}x}$, sachant que $y = \sqrt{2x^3 + 5}$.
    appliquer la dérivation aux pentes, tangentes et normales, aux fonctions croissantes et décroissantes, ainsi qu'aux taux de variation Inclure les taux de variation liés, ex. : étant donné le taux d'augmentation du rayon d'un cercle, trouver le taux d'augmentation de l'aire pour une valeur spécifique de l'une des variables.
    localiser les points stationnaires et déterminer leur nature, et utiliser ces informations pour tracer des graphes. Inclure l'utilisation de la dérivée seconde pour identifier maxima et minima ; des alternatives peuvent être utilisées si aucune méthode n'est spécifiée. La connaissance des points d'inflexion n'est pas comprise.

    Source : Programme Cambridge International

    Différentiation par définition

    La différentiation 微分 trouve le coefficient directeur d'une courbe 曲线斜率 à chaque point. Ce coefficient est la limite 极限 des pentes de cordes de plus en plus courtes, appelée dérivée 导数.

    Les règles

    Écrivez la dérivée comme $f'(x)$ ou $\dfrac{dy}{dx}$. La règle de base est

    $$\frac{d}{dx}\left(x^n\right) = n x^{n-1} \quad \text{for any rational } n.$$
    Différenciez les sommes terme par terme, et utilisez la règle de la chaîne 链式法则 pour une fonction à l'intérieur d'une autre:
    $$\frac{d}{dx}\,f(g(x)) = f'(g(x)) \cdot g'(x).$$
    Différencier à nouveau donne la dérivée seconde 二阶导数 $f''(x)$ ou $\dfrac{d^2y}{dx^2}$.

    Utilisation de la dérivée

    • Tangente et normale. Le coefficient directeur de la courbe en un point est le coefficient directeur de la tangente à ce point. La normale 法线 est perpendiculaire à la tangente, donc son coefficient directeur est $-\dfrac{1}{\text{(tangent gradient)}}$.
    • Croissante ou décroissante. La fonction est une fonction croissante 增函数 où $\dfrac{dy}{dx} > 0$, et une fonction décroissante 减函数 où $\dfrac{dy}{dx} < 0$.
    • Taux de variation. Une dérivée est un taux de variation 变化率. Les taux liés utilisent la règle de la chaîne, par ex. $\dfrac{dy}{dt} = \dfrac{dy}{dx}\cdot\dfrac{dx}{dt}$.

    Points stationnaires

    Un point stationnaire 驻点 est là où $\dfrac{dy}{dx} = 0$. Testez sa nature avec la dérivée seconde : $f''(x) > 0$ donne un point minimum 极小值点, et $f''(x) < 0$ donne un point maximum 极大值点. Quand $f''(x) = 0$, le test est sans conclusion : le point peut être un point d'inflexion 拐点, où la courbe change de concavité (la façon dont elle se courbe) – vérifiez le signe de $\dfrac{dy}{dx}$ juste avant et après pour décider.

    Une courbe avec un maximum et un minimum, chacun avec une tangente horizontale
    En un maximum ou un minimum, la tangente est plate, donc $\frac{dy}{dx}=0$.

    Exemple résolu. La courbe $y = 4x^{1/2} - x$ a un point maximum en $x = a$. Trouvez $a$.

    $$\frac{dy}{dx} = 2x^{-1/2} - 1 = 0 \;\Rightarrow\; \frac{2}{\sqrt{x}} = 1 \;\Rightarrow\; \sqrt{x} = 2 \;\Rightarrow\; x = 4.$$
    Donc $a = 4$.

    Explorer

    La pente en un point

    y = ax³ + bx² + cx + d

    Faites glisser le point le long de la courbe. La tangente montre le gradient $\frac{dy}{dx}$ à cet endroit — plus raide où la courbe se courbe davantage.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    gradient/ˈɡreɪdɪənt/ 斜率 xié lǜ
    equation of a straight line/ɪˈkweɪʒn əvə streɪt laɪn/ 直线方程 zhí xiàn fāng chéng
    parallel/ˈpærəlel/ 平行 píng xíng
    perpendicular/ˌpɜːpənˈdɪkjʊlə/ 垂直 chuí zhí
    limit/ˈlɪmɪt/ 极限 jí xiàn
    derivative/dɪˈrɪvətɪv/ 导数 dǎo shù
    chain rule/tʃeɪn ruːl/ 链式法则 liàn shì fǎ zé
    second derivative/ˈsekənd dɪˈrɪvətɪv/ 二阶导数 èr jiē dǎo shù
    normal/ˈnɔːml/ 法线 fǎ xiàn
    increasing function/ɪnˈkriːsɪŋ ˈfʌŋkʃn/ 增函数 zēng hán shù
    decreasing function/ˈdiːkriːsɪŋ ˈfʌŋkʃn/ 减函数 jiǎn hán shù
    rate of change/reɪt ɒv tʃeɪndʒ/ 变化率 biàn huà lǜ
    stationary point/ˈsteɪʃənəri pɔɪnt/ 驻点 zhù diǎn
    minimum point/ˈmɪnɪməm pɔɪnt/ 极小值点 jí xiǎo zhí diǎn
    maximum point/ˈmæksɪməm pɔɪnt/ 极大值点 jí dà zhí diǎn
    point of inflexion/pɔɪnt ɒv ɪnˈflekʃn/ 拐点 guǎi diǎn
    Integration/ˌɪntɪˈɡreɪʃn/ 积分 jī fēn
    constant of integration/ˈkɒnstənt ɒv ˌɪntɪˈɡreɪʃn/ 积分常数 jī fēn cháng shù
    definite integral/ˈdefɪnət ˈɪntɪɡrəl/ 定积分 dìng jī fēn
    region/ˈriːdʒn/ 区域 qū yù
    improper integral/ɪmˈprɒpə ˈɪntɪɡrəl/ 广义积分 guǎng yì jī fēn
    volume of revolution/ˈvɒljuːm ɒv ˌrevəˈluːʃn/ 旋转体体积 xuán zhuǎn tǐ tǐ jī
    algebra/ˈældʒɪbrə/ 代数 dài shù
    calculus/ˈkælkjʊləs/ 微积分 wēi jī fēn
    1.8

    Intégration

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre l'intégration comme l'opération inverse de la dérivation, et intégrer $(ax + b)^n$ (pour tout $n$ rationnel sauf $-1$), ainsi que les multiples constants, sommes et différences ex. : $\int (2x^3 - 5x + 1) \text{d}x$, $\int \frac{1}{(2x + 3)^2} \text{d}x$.
    résoudre des problèmes impliquant l'évaluation d'une constante d'intégration ex. : trouver l'équation de la courbe passant par $(1, -2)$ telle que $\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \sqrt{2x + 1}$.
    évaluer les intégrales définies Inclure des cas simples d'intégrales « impropres », telles que $\int_{0}^{1} x^{-\frac{1}{2}} \text{d}x$ et $\int_{1}^{\infty} x^{-2} \text{d}x$.
    utiliser l'intégration définie pour trouver : - l'aire d'une région bornée par une courbe et des droites parallèles aux axes, ou entre une courbe et une droite, ou entre deux courbes - un volume de révolution autour d'un des axes. Un volume de révolution peut concerner une région non bornée par l'axe de rotation, ex. : la région entre $y = 9 - x^2$ et $y = 5$ tournant autour de l'axe $x$.

    Source : Programme Cambridge International

    Intégration comme aire : rectangles de Riemann

    L'intégration 积分 est l'opposé de la dérivation. En inversant la règle de puissance, on obtient

    $$\int (ax + b)^n \, dx = \frac{(ax + b)^{n+1}}{a(n + 1)} + C \quad (n \neq -1).$$
    La $+\,C$ est la constante d'intégration 积分常数. Si vous connaissez un point sur la courbe, substituez-le pour trouver $C$.

    Intégrales définies et aire

    Une intégrale définie 定积分 a des bornes et donne un nombre :

    $$\int_p^q f(x)\, dx = \big[F(x)\big]_p^q = F(q) - F(p).$$
    L'aire de la zone 区域 entre une courbe et l'axe des $x$, de $x = p$ à $x = q$, est $\displaystyle\int_p^q y \, dx$. Pour l'aire entre deux courbes, intégrez (courbe du haut $-$ courbe du bas).

    Une courbe avec la région entre elle et l'axe des x de 0 à 4 ombragée
    L'intégrale définie $\int_0^4 y\,dx$ est l'aire ombragée sous la courbe.

    Exemple résolu. La courbe $y = 4x^{1/2} - x$ recoupe l'axe des $x$ en $x = 16$. Trouvez l'aire entre la courbe et l'axe des $x$ de $x = 0$ à $x = 4$.

    $$\int_0^4 \left(4x^{1/2} - x\right) dx = \left[\frac{8}{3}x^{3/2} - \frac{x^2}{2}\right]_0^4 = \frac{8}{3}(8) - \frac{16}{2} = \frac{64}{3} - 8 = \frac{40}{3}.$$

    Une intégrale impropre 广义积分 a une borne infinie ou une extrémité où l'intégrande n'est pas défini ; évaluez-la comme une limite. Par exemple,

    $$\int_1^{\infty}x^{-2}\, dx=\lim_{b\to\infty}\left[-\frac1x\right]_1^{b}=\lim_{b\to\infty}\left(1-\frac1b\right)=1,$$
    et $\displaystyle\int_0^{1}x^{-1/2}\, dx=\left[2x^{1/2}\right]_0^{1}=2$, qui est fini bien que l'intégrande explose en $x=0$.

    Volume de révolution

    Quand une zone est tournée tout autour d'un axe, elle balaye un solide. Le volume de révolution 旋转体体积 autour de l'axe des $x$ est

    $$V = \pi \int_p^q y^2 \, dx,$$
    et autour de l'axe des $y$ c'est $V = \pi \displaystyle\int x^2 \, dy$. Par exemple, la zone sous $y = \sqrt{x}$ de $x = 0$ à $x = 4$, tournée autour de l'axe des $x$, a un volume de $\pi\displaystyle\int_0^4 x\, dx = \pi\big[\tfrac{x^2}{2}\big]_0^4 = 8\pi$.

    Une courbe y = f(x) et la région sous celle-ci tournée autour de l'axe des x pour former un solide avec des sections transversales circulaires, montré par une ellipse d'extrémité et une section transversale médiane
    Tourner la zone sous une courbe autour de l'axe des $x$ balaye un solide ; chaque tranche fine est un disque d'aire $\pi y^2$, donc $V = \pi\int y^2\,dx$
    Explorer

    Aire sous une courbe

    y = ax³ + bx² + cx + d

    Faites glisser les limites. L'intégrale définie est l'aire ombragée entre la courbe et l'axe x.

    1.8

    Conseils d'examen

    • Montrez chaque ligne d'algèbre — les points de méthode sont perdus en sautant des étapes ; utilisez le discriminant $b^2 - 4ac$ pour déterminer le nombre de racines réelles.
    • Travaillez en radians pour la mesure circulaire (arc $= r\theta$, aire de secteur $= \frac{1}{2}r^2\theta$) et pour le calcul des fonctions trigonométriques.
    • Pour la dérivation, posez $\frac{dy}{dx} = 0$ pour les points stationnaires et utilisez la dérivée seconde pour les classifier.
    • Pour l'intégration, ajoutez $+ c$ à une intégrale indéfinie et utilisez des bornes pour l'aire ; une aire sous l'axe donne une intégrale négative.
  • 2

    Mathématiques Pures 2

    Regarder la leçon

    Cette feuille couvre le Sujet 2 : Mathématiques Pures 纯数学 2. Elle ajoute la valeur absolue et l'algèbre polynomiale, les logarithmes 对数 et la fonction exponentielle 指数函数, plus de trigonométrie, et de nouvelles façons de dériver et d'intégrer.

    2.1

    Algèbre

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la signification de $|x|$, tracer le graphe de $y = |ax + b|$ et utiliser des relations telles que $|a| = |b| \iff a^2 = b^2$ et $|x - a| < b \iff a - b < x < a + b$ lors de la résolution d'équations et d'inégalités Les graphes de $y = |f(x)|$ et $y = f(|x|)$ pour des fonctions non linéaires $f$ ne sont pas compris. ex. : $|3x - 2| = |2x + 7|$, $2x + 5 < |x + 1|$
    diviser un polynôme de degré inférieur ou égal à 4 par un polynôme linéaire ou quadratique, et identifier le quotient et le reste (qui peuvent être nuls)
    utiliser le théorème du facteur et le théorème du reste. ex. : pour trouver des facteurs et des restes, résoudre des équations polynomiales ou évaluer des coefficients inconnus. Inclure des facteurs de la forme $(ax + b)$ où le coefficient de $x$ n'est pas unitaire, et inclure le calcul des restes.

    Source : Programme Cambridge International

    La valeur absolue

    La valeur absolue 绝对值 $|x|$ est la taille d'un nombre avec son signe retiré, donc $|x| \geqslant 0$ toujours. Le graphique de $y = |ax + b|$ a une forme en "V" qui rebondit sur l'axe des $x$. Deux règles utiles pour résoudre des équations et inéquations sont

    $$|a| = |b| \;\Leftrightarrow\; a^2 = b^2, \qquad |x - a| < b \;\Leftrightarrow\; a - b < x < a + b.$$

    Une ligne droite plongeant sous l'axe des x, avec cette partie repliée vers le haut en V
    Prendre la valeur absolue plie la partie de la droite sous l'axe vers le haut en V.

    Exemple résolu. Résoudre $|3x + 8| < 9$.

    Utiliser la deuxième règle avec l'inégalité écrite comme $-9 < 3x + 8 < 9$ :

    $$-9 < 3x + 8 < 9 \;\Rightarrow\; -17 < 3x < 1 \;\Rightarrow\; -\tfrac{17}{3} < x < \tfrac13.$$

    Division polynomiale et théorèmes du facteur et du reste

    Un polynôme 多项式 est une somme de puissances de $x$, tel que $2x^4 + 3x^2 - 5$. Son degré 次数 est la plus haute puissance. Quand vous divisez un polynôme par un autre, vous obtenez un quotient 商 et un reste 余数.

    • Théorème du reste 余数定理 : le reste lorsque $p(x)$ est divisé par $(x - a)$ est $p(a)$.
    • Théorème du facteur 因式定理 : $(x - a)$ est un facteur de $p(x)$ exactement quand $p(a) = 0$.

    Exemple résolu. Le polynôme $p(x) = 2x^4 + kx^3 + kx^2 + 17x + 18$ a pour facteur $(x + 2)$. Trouvez $k$.

    Par le théorème du facteur $p(-2) = 0$ :

    $$2(16) + k(-8) + k(4) + 17(-2) + 18 = 0 \;\Rightarrow\; 16 - 4k = 0 \;\Rightarrow\; k = 4.$$

    Explorer

    La fonction valeur absolue

    y = a|x − b| + c

    La valeur absolue forme une forme en V. Déplacez son sommet avec b et c ; modifiez la pente des bras avec a.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    Pure Mathematics/pjʊə ˌmæθɪˈmætɪks/ 纯数学 chún shù xué
    logarithms/ˈlɒɡərɪθəmz/ 对数 duì shù
    exponential function/ˌekspəˈnenʃl ˈfʌŋkʃn/ 指数函数 zhǐ shù hán shù
    modulus/ˈmɒdjʊləs/ 绝对值 jué duì zhí
    polynomial/ˌpɒlɪˈnəʊmɪəl/ 多项式 duō xiàng shì
    degree/dɪˈɡriː/ 次数 cì shù
    quotient/ˈkwəʊʃənt/ 商 shāng
    remainder/rɪˈmeɪndə/ 余数 yú shù
    remainder theorem/rɪˈmeɪndə ˈθɪərəm/ 余数定理 yú shù dìng lǐ
    factor theorem/ˈfæktə ˈθɪərəm/ 因式定理 yīn shì dìng lǐ
    2.2

    Fonctions logarithmiques et exponentielles

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la relation entre les logarithmes et les puissances, et utiliser les lois des logarithmes (excluant le changement de base)
    comprendre la définition et les propriétés de $e^x$ et $\ln x$, y compris leur relation de fonctions réciproques et leurs graphes Comprendre le graphe de $y = e^{kx}$ pour des valeurs positives et négatives de $k$.
    utiliser les logarithmes pour résoudre des équations et des inégalités où l'inconnue apparaît en puissance ex. : $2^x < 5$, $3 \times 2^{3x-1} < 5$, $3^{x+1} = 4^{2x-1}$
    utiliser les logarithmes pour transformer une relation donnée sous forme linéaire, et ainsi déterminer des constantes inconnues en considérant la pente et/ou l'ordonnée à l'origine. ex. : $y = kx^n$ donne $\ln y = \ln k + n \ln x$ qui est linéaire en $\ln x$ et $\ln y$ ; $y = k(a^x)$ donne $\ln y = \ln k + x \ln a$ qui est linéaire en $x$ et $\ln y$.

    Source : Programme Cambridge International

    Un sismographe traçant un tremblement de terre
    La force des tremblements de terre est mesurée sur l'échelle logarithmique de Richter.
    Une foule dense de personnes
    Les populations peuvent croître exponentiellement lorsque les ressources sont abondantes.

    Un logarithme répond à la question « quelle puissance ? ». Si $a^x = y$ alors $x = \log_a y$. Les logarithmes et les indices 指数 (puissances) sont des idées inverses. Les lois des logarithmes 对数定律 sont

    $$\log(mn) = \log m + \log n, \qquad \log\!\frac{m}{n} = \log m - \log n, \qquad \log(m^k) = k\log m.$$

    La fonction exponentielle $e^x$ et le logarithme naturel 自然对数 $\ln x$ sont des fonctions réciproques, donc $\ln(e^x) = x$ et $e^{\ln x} = x$. Quand l'inconnu est dans la puissance, prenez les logarithmes des deux côtés.

    Les courbes de e^x et ln x miroitées de part et d'autre de la ligne y = x
    $e^x$ et $\ln x$ s'annulent mutuellement, donc chacun est l'autre reflété dans $y=x$.

    Exemple résolu. Résoudre $4^x < 0.05$.

    $$4^x < 0.05 \;\Rightarrow\; x\ln 4 < \ln 0.05 \;\Rightarrow\; x < \frac{\ln 0.05}{\ln 4} = -2.16 \ (\text{3 s.f.}).$$

    Forme linéaire 线性形式 : une relation comme $y = Ax^n$ devient une droite si vous prenez les logarithmes : $\ln y = \ln A + n\ln x$. Tracer $\ln y$ contre $\ln x$ donne une droite avec un coefficient directeur de $n$ et une ordonnée à l'origine de $\ln A$, donc vous pouvez trouver les constantes inconnues.

    Explorer

    Croissance exponentielle

    y = a·bˣ

    Changez la base b : quand b > 1 la courbe croît, quand 0 < b < 1 elle décroît — et elle passe toujours par (0, a).

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    indices/ˈɪndɪsiːz/ 指数 zhǐ shù
    laws of logarithms/lɔːz ɒv ˈlɒɡərɪθəmz/ 对数定律 duì shù dìng lǜ
    natural logarithm/ˈnætʃərəl ˈlɒɡərɪθəm/ 自然对数 zì rán duì shù
    linear form/ˈlɪnɪə fɔːm/ 线性形式 xiàn xìng xíng shì
    2.3

    Trigonométrie

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la relation des fonctions sécante, cosécante et cotangente au cosinus, sinus et tangente, et utiliser les propriétés et graphes des six fonctions trigonométriques pour des angles de toute magnitude
    utiliser des identités trigonométriques pour simplifier et évaluer exactement des expressions, et dans le cadre de la résolution d'équations, et sélectionner une identité ou des identités adaptées au contexte, en montrant une familiarité particulière avec l'utilisation de : – $\sec^2 \theta \equiv 1 + \tan^2 \theta$ et $\csc^2 \theta \equiv 1 + \cot^2 \theta$ – les développements de $\sin(A \pm B)$, $\cos(A \pm B)$ et $\tan(A \pm B)$ – les formules pour $\sin 2A$, $\cos 2A$ et $\tan 2A$ – l'expression de $a \sin \theta + b \cos \theta$ sous les formes $R \sin(\theta \pm \alpha)$ et $R \cos(\theta \pm \alpha)$. ex. : simplifier $\cos(x - 30^\circ) - 3 \sin(x - 60^\circ)$. ex. : résoudre $\tan \theta + \cot \theta = 4$, $2 \sec^2 \theta - \tan \theta = 5$, $3 \cos \theta + 2 \sin \theta = 1$.

    Source : Programme Cambridge International

    Il y a trois autres fonctions, chacune étant le reciprocal d'une que vous connaissez : la sécante 正割 $\sec\theta = \dfrac{1}{\cos\theta}$, la cosécante 余割 $\csc\theta = \dfrac{1}{\sin\theta}$, et la cotangente 余切 $\cot\theta = \dfrac{1}{\tan\theta}$.

    La courbe cosinus et son réciproque, la sécante, qui monte vers des asymptotes
    $\sec\theta=1/\cos\theta$ monte vers une asymptote partout où $\cos\theta=0$.

    Vous devez connaître ces identités trigonométriques 三角恒等式 et choisir la bonne pour chaque problème :

    $$\sec^2\theta \equiv 1 + \tan^2\theta, \qquad \csc^2\theta \equiv 1 + \cot^2\theta.$$
    Vous utilisez aussi les formules d'angle composé 复合角 pour $\sin(A \pm B)$, $\cos(A \pm B)$, $\tan(A \pm B)$, les formules d'angle double 二倍角
    $$\sin 2A = 2\sin A\cos A, \quad \cos 2A = 2\cos^2 A - 1, \quad \tan 2A = \frac{2\tan A}{1 - \tan^2 A},$$
    et la formule R 辅助角公式 $a\sin\theta + b\cos\theta = R\sin(\theta + \alpha)$, où $R = \sqrt{a^2 + b^2}$ et $\tan\alpha = \dfrac{b}{a}$.

    Exemple résolu. Résolvez $2\tan^2\theta + 3\sec\theta = 18$ pour $-180^\circ < \theta < 180^\circ$.

    Remplacez $\tan^2\theta$ par $\sec^2\theta - 1$ pour obtenir une seule fonction :

    $$2(\sec^2\theta - 1) + 3\sec\theta = 18 \;\Rightarrow\; 2\sec^2\theta + 3\sec\theta - 20 = 0 \;\Rightarrow\; (2\sec\theta - 5)(\sec\theta + 4) = 0.$$
    Donc $\sec\theta = \tfrac52$ ou $\sec\theta = -4$, donnant $\cos\theta = \tfrac25$ ou $\cos\theta = -\tfrac14$. Les solutions sont $\theta = \pm 66.4^\circ$ et $\theta = \pm 104.5^\circ$.

    Explorer

    Le cercle unité

    Faites glisser l'angle pour voir comment $\sin$, $\cos$ et $\tan$ sont liés — la clé pour résoudre les équations trigonométriques.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    secant/ˈsiːkənt/ 正割 zhèng gē
    cosecant/ˈkəʊsekənt/ 余割 yú gē
    cotangent/ˈkəʊtændʒənt/ 余切 yú qiē
    trigonometric identities/ˌtrɪɡənəʊˈmetrɪk aɪˈdentɪtiz/ 三角恒等式 sān jiǎo héng děng shì
    compound angle/ˈkɒmpaʊnd ˈæŋɡl/ 复合角 fù hé jiǎo
    double angle/ˈdʌbl ˈæŋɡl/ 二倍角 èr bèi jiǎo
    R-formula/ɑː ˈfɔːmjʊlə/ 辅助角公式 fǔ zhù jiǎo gōng shì
    product rule/ˈprɒdʌkt ruːl/ 乘积法则 chéng jī fǎ zé
    quotient rule/ˈkwəʊʃənt ruːl/ 商法则 shāng fǎ zé
    parametric equations/ˌpærəˈmetrɪk ɪˈkweɪʒnz/ 参数方程 cān shù fāng chéng
    implicitly/ɪmˈplɪsɪtli/ 隐式 yǐn shì
    2.4

    Dérivation

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    utiliser les dérivées de $e^x$, $\ln x$, $\sin x$, $\cos x$, $\tan x$, ainsi que les multiples constants, sommes, différences et compositions
    dériver des produits et des quotients ex. : $\frac{2x - 4}{3x + 2}$, $x^2 \ln x$, $x e^{1 - x^2}$.
    trouver et utiliser la première dérivée d'une fonction définie paramétriquement ou implicitement. ex. : $x = t - e^{2t}$, $y = t + e^{2t}$. ex. : $x^2 + y^2 = xy + 7$. Inclure l'utilisation dans des problèmes impliquant des tangentes et des normales.

    Source : Programme Cambridge International

    Apprenez ces dérivées standards :

    $$\frac{d}{dx}e^x = e^x, \quad \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}, \quad \frac{d}{dx}\sin x = \cos x, \quad \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x, \quad \frac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x.$$

    Pour un produit ou un quotient de deux fonctions, utilisez :

    • la règle du produit 乘积法则 : $(uv)' = u'v + uv'$;
    • la règle du quotient 商法则 : $\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}$.

    Quand une courbe est donnée par des équations paramétriques 参数方程 $x = x(t)$, $y = y(t)$, le coefficient directeur est $\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}$. Quand $y$ est défini implicitement 隐式 (pas mis en évidence), différenciez chaque terme par rapport à $x$, en utilisant la règle de la chaîne sur les termes $y$, puis résolvez pour $\dfrac{dy}{dx}$.

    Exemple résolu. Étant donné $y = 6x\cos(x^2 + 1)$, trouvez $\dfrac{dy}{dx}$.

    Utilisez la règle du produit avec $u = 6x$ et $v = \cos(x^2 + 1)$ (et la règle de la chaîne pour $v$) :

    $$\frac{dy}{dx} = 6\cos(x^2 + 1) + 6x\cdot\big(-2x\sin(x^2 + 1)\big) = 6\cos(x^2 + 1) - 12x^2\sin(x^2 + 1).$$

    Explorer

    Tangente et gradient

    y = ax³ + bx² + cx + d

    Déplacez le point : la droite tangente est la dérivée à cet x. Là où la courbe tourne, le gradient est nul.

    2.5

    Intégration

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • étendre l'idée de « dérivation inverse » pour inclure l'intégration de $e^{ax + b}$, $\frac{1}{ax + b}$, $\sin(ax + b)$, $\cos(ax + b)$ et $\sec^2(ax + b)$ La connaissance de la méthode générale d'intégration par substitution n'est pas requise.
    • utiliser des relations trigonométriques pour effectuer des intégrations ex. : utilisation des formules d'angle double pour intégrer $\sin^2 x$ ou $\cos^2(2x)$.
    • comprendre et utiliser la règle des trapèzes pour estimer la valeur d'une intégrale définie. Inclure l'utilisation de graphes esquissés dans des cas simples pour déterminer si la règle des trapèzes donne une surestimation ou une sous-estimation.

    Source : Programme Cambridge International

    L'intégration est une dérivation inverse — inversez chaque nouvelle dérivée ; les intégrales plus difficiles peuvent nécessiter l'intégration par substitution 换元积分 (développé en Mathématiques Pures 3). Pour une fonction linéaire à l'intérieur $(ax + b)$ :

    $$\int e^{ax+b}\,dx = \frac{1}{a}e^{ax+b} + C, \qquad \int \frac{1}{ax+b}\,dx = \frac{1}{a}\ln|ax + b| + C,$$
    $$\int \sin(ax+b)\,dx = -\frac{1}{a}\cos(ax+b) + C, \qquad \int \cos(ax+b)\,dx = \frac{1}{a}\sin(ax+b) + C, \qquad \int \sec^2(ax+b)\,dx = \frac{1}{a}\tan(ax+b) + C.$$
    Pour intégrer une puissance de $\sin$ ou $\cos$, utilisez d'abord une identité pour retirer la puissance. Quand vous ne pouvez pas intégrer exactement, la règle du trapèze 梯形法则 estime une intégrale définie :
    $$\int_a^b y\,dx \approx \tfrac{h}{2}\big[y_0 + y_n + 2(y_1 + y_2 + \cdots + y_{n-1})\big].$$

    L'aire sous une courbe divisée en quatre bandes trapézoïdales de largeur égale h
    Chaque bande de largeur $h$ est un trapèze ; leurs aires s'additionnent pour estimer l'intégrale.

    Exemple résolu. Trouver $\displaystyle\int 6\sin^2 x\,dx$.

    Utilisez $\sin^2 x = \tfrac12(1 - \cos 2x)$ :

    $$\int 6\sin^2 x\,dx = \int (3 - 3\cos 2x)\,dx = 3x - \tfrac32\sin 2x + C.$$

    Explorer

    L'aire sous la courbe

    aire = ∫ f(x) dx

    L'intégrale mesure toujours l'aire — faites glisser a et b pour additionner les bandes sous la courbe.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    trapezium rule/trəˈpiːzɪəm ruːl/ 梯形法则 tī xíng fǎ zé
    root/ruːt/ 根 gēn
    2.6

    Résolution numérique d'équations

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • localiser approximativement une racine d'une équation, par des considérations graphiques et/ou la recherche d'un changement de signe ex. : trouver une paire d'entiers consécutifs entre lesquels se trouve une racine.
    • comprendre l'idée et utiliser la notation d'une suite d'approximations convergeant vers une racine d'une équation
    • comprendre comment une formule itérative simple donnée de la forme $x_{n + 1} = \text{F}(x_n)$ se rapporte à l'équation résolue, et utiliser une itération donnée, ou une itération basée sur une réarrangement donné d'une équation, pour déterminer une racine à un degré de précision prescrit. La connaissance de la condition de convergence n'est pas comprise, mais on s'attend à ce que l'élève comprenne qu'une itération peut échouer à converger.

    Source : Programme Cambridge International

    Itération vers une racine : suivre la tangente

    De nombreuses équations ne peuvent pas être résolues exactement. Deux idées vous aident à trouver une racine 根 (une solution).

    • Changement de signe 变号 : si $f(a)$ et $f(b)$ ont des signes opposés (et que le graphique n'a pas de discontinuité entre eux), une racine se trouve entre $a$ et $b$.
    • Itération 迭代 : réarrangez l'équation sous la forme $x = F(x)$, puis utilisez la formule itérative 迭代公式 $x_{n+1} = F(x_n)$. Commencez par une première approximation $x_0$ et répétez. Si les valeurs sont convergentes, elles se stabilisent et convergent 收敛 vers une racine. Continuez jusqu'à ce que la réponse soit stable à la précision demandée.
    Une courbe passant d'en dessous de l'axe des x en a à au-dessus en b
    $f(a)$ et $f(b)$ ont des signes opposés, donc une racine est piégée entre $a$ et $b$.
    Un escalier entre la courbe y = F(x) et la ligne y = x se refermant sur leur intersection
    Chaque marche monte vers $y=F(x)$ puis traverse vers $y=x$ ; l'escalier se ferme sur la racine.

    Exemple résolu. Une racine $\beta$ d'une équation satisfait $x = \sqrt[3]{-2x - 4.5}$, et $-1.4 < \beta < -1.0$. Utilisez l'itération $x_{n+1} = \sqrt[3]{-2x_n - 4.5}$ avec $x_0 = -1.2$.

    $$x_1 = \sqrt[3]{-2(-1.2) - 4.5} = \sqrt[3]{-2.1} = -1.281, \qquad x_2 = \sqrt[3]{-2(-1.281) - 4.5} = -1.247, \quad \ldots$$
    Les valeurs se stabilisent près de $-1.26$, donc $\beta = -1.26$ (3 chiffres significatifs).

    Explorer

    Où se trouve la racine ?

    y = ax³ + bx² + cx + d

    Une racine est là où la courbe traverse zéro. Un changement de signe de f(x) encadre une racine entre deux valeurs de x.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    sign change/saɪn tʃeɪndʒ/ 变号 biàn hào
    iteration/ˌɪtəˈreɪʃn/ 迭代 dié dài
    iterative formula/ˈɪtərətɪv ˈfɔːmjʊlə/ 迭代公式 dié dài gōng shì
    converge/kənˈvɜːdʒ/ 收敛 shōu liǎn
    integration by substitution/ˌɪntɪˈɡreɪʃn baɪ ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ 换元积分 huàn yuán jī fēn
    2.6

    Conseils d'examen

    • Utilisez les lois des logarithmes pour résoudre des équations ; rappelez-vous que $\ln$ et $e^x$ sont des réciproques.
    • Pour les méthodes numériques, montrez un changement de signe pour localiser une racine, présentez clairement l'itération, et donnez la réponse à la précision indiquée.
    • Apprenez les règles de la chaîne, du produit et du quotient et identifiez laquelle la fonction nécessite.
    • Résoudre les équations de module $|f(x)| = g(x)$ en considérant les cas positifs et négatifs, et tracer pour vérifier.
  • 3

    Mathématiques Pures 3

    Regarder la leçon

    Cette fiche couvre le Thème 3 : Mathématiques pures 纯数学 3. Les sous-thèmes 3.1–3.6 s'appuient sur l'algèbre, les logarithmes, la trigonométrie, la dérivation, l'intégration et les méthodes numériques des Mathématiques pures 2 ; cette fiche explique donc ce qui est nouveau dans Pure 3, puis traite des trois grands nouveaux domaines : les vecteurs, les équations différentielles et les nombres complexes.

    3.1

    Algèbre

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • comprendre la signification de $|x|$, tracer le graphe de $y = |ax + b|$ et utiliser des relations telles que $|a| = |b| \iff a^2 = b^2$ et $|x - a| < b \iff a - b < x < a + b$ lors de la résolution d'équations et d'inégalités Les graphes de $y = |\text{f}(x)|$ et $y = \text{f}(|x|)$ pour des fonctions non linéaires $\text{f}$ ne sont pas compris. ex. : $|3x - 2| = |2x + 7|$, $2x + 5 < |x + 1|$.
    • diviser un polynôme de degré inférieur ou égal à 4 par un polynôme linéaire ou quadratique, et identifier le quotient et le reste (qui peuvent être nuls)
    • utiliser le théorème du facteur et le théorème du reste ex. : pour trouver des facteurs et des restes, résoudre des équations polynomiales ou évaluer des coefficients inconnus. Inclure des facteurs de la forme $(ax + b)$ où le coefficient de $x$ n'est pas unitaire, et inclure le calcul des restes.
    • rappel d'une forme appropriée pour exprimer des fractions rationnelles en parties fractionnaires, et effectuer la décomposition, lorsque le dénominateur n'est pas plus compliqué que – $(ax + b)(cx + d)(ex + f)$ – $(ax + b)(cx + d)^2$ – $(ax + b)(cx^2 + d)$ Exclure les cas où le degré du numérateur dépasse celui du dénominateur
    • utiliser le développement de $(1 + x)^n$, où $n$ est un nombre rationnel et $|x| < 1$. Trouver le terme général d'un développement n'est pas compris. Adapter la série standard pour développer ex. : $(2 - \frac{1}{2}x)^{-1}$ est compris, et déterminer l'ensemble des valeurs de $x$ pour lesquelles le développement est valide dans de tels cas est également compris.

    Source : Programme Cambridge International

    Deux nouveaux outils s'ajoutent à l'algèbre de Pure 2.

    Fractions partielles

    Une fraction unique avec un dénominateur factorisable peut être décomposée en une somme de fractions plus simples. On appelle cela l'écriture en fractions partielles 部分分式, et cela rend une fonction rationnelle 有理函数 (une fraction de polynômes) facile à intégrer ou à développer. Associer la forme au dénominateur :

    Vérifier d'abord que le numérateur est de degré inférieur à celui du dénominateur. Si ce n'est pas le cas (« trop haut »), diviser le polynôme d'abord : la division donne un quotient 商 plus un reste 余数 sur le dénominateur initial, et on ne décompose que cette fraction propre restante.

    Une fraction avec un dénominateur factorisable se décompose en deux fractions plus simples Une fraction avec un dénominateur factorisable se décompose en une somme de fractions plus simples.

    $$\frac{1}{(ax+b)(cx+d)} = \frac{A}{ax+b} + \frac{B}{cx+d}, \qquad \frac{1}{(ax+b)(cx+d)^2} = \frac{A}{ax+b} + \frac{B}{cx+d} + \frac{C}{(cx+d)^2}.$$

    Exemple résolu. Exprimer $\dfrac{x+4}{(x+1)(x-2)}$ en fractions partielles.

    Écrire $\dfrac{x+4}{(x+1)(x-2)} = \dfrac{A}{x+1} + \dfrac{B}{x-2}$, donc $x + 4 = A(x-2) + B(x+1)$. Poser $x = 2$ : $6 = 3B$, donc $B = 2$. Poser $x = -1$ : $3 = -3A$, donc $A = -1$. D'où

    $$\frac{x+4}{(x+1)(x-2)} = \frac{2}{x-2} - \frac{1}{x+1}.$$

    Développement binomial pour un exposant rationnel

    Le développement binomial 二项展开式 fonctionne aussi lorsque l'exposant est une fraction ou négatif, à condition que $|x| < 1$ :

    $$(1 + x)^n = 1 + nx + \frac{n(n-1)}{2!}x^2 + \frac{n(n-1)(n-2)}{3!}x^3 + \cdots$$
    Par exemple $(1 + x)^{1/2} = 1 + \tfrac12 x - \tfrac18 x^2 + \cdots$ pour $|x| < 1$.

    Explorer

    Courbes réciproques

    y = a/(x − b) + c

    Les fractions partielles décomposent une fraction difficile en pièces simples réciproques — chacune possédant une asymptote verticale et une asymptote horizontale.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    Pure Mathematics/pjʊə ˌmæθɪˈmætɪks/ 纯数学 chún shù xué
    partial fractions/ˈpɑːʃl ˈfrækʃnz/ 部分分式 bù fèn fēn shì
    rational function/ˈræʃənl ˈfʌŋkʃn/ 有理函数 yǒu lǐ hán shù
    quotient/ˈkwəʊʃənt/ 商 shāng
    remainder/rɪˈmeɪndə/ 余数 yú shù
    binomial expansion/baɪˈnəʊmɪəl ekˈspænʃn/ 二项展开式 èr xiàng zhǎn kāi shì
    sign change/saɪn tʃeɪndʒ/ 变号 biàn hào
    iterative formula/ˈɪtərətɪv ˈfɔːmjʊlə/ 迭代公式 dié dài gōng shì
    reciprocals/rɪˈsɪprəklz/ 倒数 dào shǔ
    secant/ˈsiːkənt/ 正割 zhèng gē
    cosecant/ˈkəʊsekənt/ 余割 yú gē
    3.2 3.3 3.6

    Logarithmes, trigonométrie et méthodes numériques (de Pure 2)

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la relation entre les logarithmes et les puissances, et utiliser les lois des logarithmes (excluant le changement de base)
    comprendre la définition et les propriétés de $e^x$ et $\ln x$, y compris leur relation de fonctions réciproques et leurs graphes Comprendre le graphe de $y = e^{kx}$ pour des valeurs positives et négatives de $k$.
    utiliser les logarithmes pour résoudre des équations et des inégalités où l'inconnue apparaît en puissance ex. : $2^x < 5$, $3 \times 2^{3x-1} < 5$, $3^{x+1} = 4^{2x-1}$.
    utiliser les logarithmes pour transformer une relation donnée sous forme linéaire, et déterminer ainsi des constantes inconnues en considérant la pente et/ou l'ordonnée à l'origine. ex. $y = kx^n$ donne $\ln y = \ln k + n \ln x$ qui est linéaire en $\ln x$ et $\ln y$. $y = k(a^x)$ donne $\ln y = \ln k + x \ln a$ qui est linéaire en $x$ et $\ln y$.
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la relation des fonctions sécante, cosécante et cotangente au cosinus, sinus et tangente, et utiliser les propriétés et graphes des six fonctions trigonométriques pour des angles de toute magnitude
    utiliser des identités trigonométriques pour simplifier et évaluer exactement des expressions, et dans le cadre de la résolution d'équations, et sélectionner une identité ou des identités adaptées au contexte, en montrant une familiarité particulière avec l'utilisation de : – $\sec^2 \theta \equiv 1 + \tan^2 \theta$ et $\cosec^2 \theta \equiv 1 + \cot^2 \theta$ – les développements de $\sin(A \pm B)$, $\cos(A \pm B)$ et $\tan(A \pm B)$ – les formules pour $\sin 2A$, $\cos 2A$ et $\tan 2A$ – l'expression de $a \sin \theta + b \cos \theta$ sous les formes $R \sin(\theta \pm \alpha)$ et $R \cos(\theta \pm \alpha)$. ex. : simplifier $\cos(x - 30^\circ) - 3 \sin(x - 60^\circ)$. ex. : résoudre $\tan \theta + \cot \theta = 4$, $2 \sec^2 \theta - \tan \theta = 5$, $3 \cos \theta + 2 \sin \theta = 1$.
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • localiser approximativement une racine d'une équation, au moyen de considérations graphiques et/ou en cherchant un changement de signe ex. : trouver une paire d'entiers consécutifs entre lesquels se trouve une racine.
    • comprendre l'idée de, et utiliser la notation pour, une suite d'approximations qui converge vers une racine d'une équation
    • comprendre comment une simple formule itérative donnée de la forme $x_{n+1} = \text{F}(x_n)$ est liée à l'équation résolue, et utiliser une itération donnée, ou une itération basée sur un réarrangement donné d'une équation, pour déterminer une racine avec une précision prescrite. La connaissance de la condition de convergence n'est pas requise, mais on s'attend à ce que les candidats comprennent qu'une itération peut ne pas converger.

    Source : Programme Cambridge International

    Itération vers une racine : suivre la tangente

    Les sous-thèmes 3.2, 3.3 et 3.6 sont les mêmes compétences rencontrées en Pure 2 : les lois des logarithmes avec $e^x$ et $\ln x$ ; les identités $\sec^2\theta \equiv 1 + \tan^2\theta$ et $\csc^2\theta \equiv 1 + \cot^2\theta$, les formules d'angle double et composé, et la forme $R$ de $a\sin\theta + b\cos\theta$ ; et la résolution numérique d'une équation par un changement de signe 变号 et une formule itérative 迭代公式 $x_{n+1} = F(x_n)$. Les utiliser exactement comme auparavant.

    Les trois nouvelles fonctions trigonométriques sont les inversees 倒数 des connues : la sécante 正割 $\sec\theta = \dfrac{1}{\cos\theta}$, la cosécante 余割 $\csc\theta = \dfrac{1}{\sin\theta}$, et la tangente cotangente 余切 $\cot\theta = \dfrac{1}{\tan\theta} = \dfrac{\cos\theta}{\sin\theta}$. (Astuce mnémotechnique : associer la troisième lettre — sec va avec cosinus.) Les deux identités pythagoriciennes ci-dessus proviennent directement de la division de $\sin^2\theta + \cos^2\theta \equiv 1$ par $\cos^2\theta$ ou $\sin^2\theta$. Pour une méthode numérique, une itération $x_{n+1}=F(x_n)$ converge 收敛 vers la racine lorsque les valeurs successives se rapprochent.

    Explorer

    Le cercle unité

    (cos θ, sin θ)

    La formule R réécrit a sin θ + b cos θ sous la forme d'une onde unique — et tout cela repose sur ce cercle.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    cotangent/ˈkəʊtændʒənt/ 余切 yú qiē
    converges/kənˈvɜːdʒɪz/ 收敛 shōu liǎn
    inverse tangent/ɪnˈvɜːs ˈtændʒənt/ 反正切 fǎn zhèng qiè
    Integration by parts/ˌɪntɪˈɡreɪʃn baɪ pɑːts/ 分部积分 fēn bù jī fēn
    Integration by substitution/ˌɪntɪˈɡreɪʃn baɪ ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ 换元积分 huàn yuán jī fēn
    3.4

    Dérivation

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    utiliser les dérivées de $e^x$, $\ln x$, $\sin x$, $\cos x$, $\tan x$, $\tan^{-1} x$, ainsi que les multiples constants, sommes, différences et compositions Les dérivées de $\sin^{-1} x$ et $\cos^{-1} x$ ne sont pas requises.
    dériver des produits et des quotients ex. : $\frac{2x - 4}{3x + 2}$, $x^2 \ln x$, $x e^{1-x^2}$.
    trouver et utiliser la première dérivée d'une fonction définie paramétriquement ou implicitement. ex. : $x = t - e^{2t}$, $y = t + e^{2t}$. ex. : $x^2 + y^2 = xy + 7$. Inclure l'utilisation dans des problèmes impliquant des tangentes et des normales.

    Source : Programme Cambridge International

    Les méthodes sont celles de Pure 2 (règle du produit, du quotient et de la chaîne, courbes paramétriques et implicites). Une dérivée est ajoutée — l'arctangente 反正切 :

    $$\frac{d}{dx}\tan^{-1} x = \frac{1}{1 + x^2}.$$

    Exemple résolu. Dériver $y = \tan^{-1}(3x)$.

    Utiliser la règle de la chaîne avec le résultat ci-dessus : $\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{1 + (3x)^2} \times 3 = \dfrac{3}{1 + 9x^2}.$

    Explorer

    La pente en un point

    pente = dy/dx

    Implícite ou non, la dérivée reste la pente de la tangente — faites glisser le point pour le voir.

    3.5

    Intégration

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    étendre l'idée de « dérivation inverse » pour inclure l'intégration de $e^{ax + b}$, $\frac{1}{ax + b}$, $\sin(ax + b)$, $\cos(ax + b)$, $\sec^2(ax + b)$ et $\frac{1}{x^2 + a^2}$ Inclure des exemples tels que $\frac{1}{2 + 3x^2}$.
    utiliser des relations trigonométriques pour effectuer des intégrations ex. : utilisation des formules d'angle double pour intégrer $\sin^2 x$ ou $\cos^2(2x)$.
    intégrer des fonctions rationnelles au moyen de la décomposition en fractions partielles Limité aux types de fractions partielles spécifiés dans le sujet 3.1 ci-dessus.
    reconnaître un intégrande de la forme $\frac{k f'(x)}{f(x)}$, et intégrer de telles fonctions ex. : intégration de $\frac{x}{x^2 + 1}$, $\tan x$.
    reconnaître quand un intégrande peut utilement être considéré comme un produit, et utiliser l'intégration par parties ex. : intégration de $x \sin 2x$, $x^2 e^{-x}$, $\ln x$, $x \tan^{-1} x$.
    utiliser une substitution donnée pour simplifier et évaluer soit une intégrale définie, soit une intégrale indéfinie. ex. : pour intégrer $\sin^2 2x \cos x$ en utilisant la substitution $u = \sin x$.

    Source : Programme Cambridge International

    Pure 3 ajoute plusieurs méthodes puissantes.

    • Une nouvelle intégrale standard : $\displaystyle\int \frac{1}{x^2 + a^2}\,dx = \frac{1}{a}\tan^{-1}\frac{x}{a} + C$.
    • Fractions partielles : décomposer une fonction rationnelle, puis intégrer chaque terme comme un logarithme.
    • Le motif $\dfrac{k\,f'(x)}{f(x)}$ : cela s'intègre en $k\ln|f(x)| + C$. Par exemple $\displaystyle\int \frac{2x}{x^2 + 1}\,dx = \ln(x^2 + 1) + C$.
    • Intégration par parties 分部积分, utilisée pour un produit : $\displaystyle\int u\,\frac{dv}{dx}\,dx = uv - \int v\,\frac{du}{dx}\,dx$.
    • Intégration par substitution 换元积分 : un changement de variable donné transforme une intégrale difficile en une intégrale facile.

    Exemple résolu. Trouver $\displaystyle\int x\cos x\,dx$.

    Utiliser l'intégration par parties avec $u = x$ et $\dfrac{dv}{dx} = \cos x$, donc $\dfrac{du}{dx} = 1$ et $v = \sin x$ :

    $$\int x\cos x\,dx = x\sin x - \int \sin x\,dx = x\sin x + \cos x + C.$$

    Explorer

    L'aire sous la courbe

    aire = ∫ f(x) dx

    Chaque méthode d'intégration mesure simplement cette aire — faites glisser les limites pour l'additionner.

    3.7

    Vecteurs

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • utiliser les notations standards pour les vecteurs, c.-à-d. $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$, $x\mathbf{i} + y\mathbf{j}$, $\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix}$, $x\mathbf{i} + y\mathbf{j} + z\mathbf{k}$, $\overrightarrow{AB}$, $\mathbf{a}$
    • effectuer l'addition et la soustraction de vecteurs et la multiplication d'un vecteur par un scalaire, et interpréter ces opérations en termes géométriques ex. « $OABC$ est un parallélogramme » est équivalent à $\overrightarrow{OB} = \overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OC}$. La forme générale du théorème du rapport n'est pas incluse, mais on attend la compréhension que le milieu de $AB$ a pour vecteur position $\frac{1}{2}(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB})$.
    • calculer la norme (ou grandeur) d'un vecteur, et utiliser des vecteurs unitaires, des vecteurs déplacement et des vecteurs position En 2 ou 3 dimensions.
    • comprendre la signification de tous les symboles utilisés lorsque l'équation d'une droite est exprimée sous la forme $\mathbf{r} = \mathbf{a} + t\mathbf{b}$, et trouver l'équation d'une droite, étant donné suffisamment d'informations ex. : trouver l'équation d'une droite étant donné le vecteur position d'un point sur la droite et un vecteur directeur, ou les vecteurs position de deux points sur la droite.
    • déterminer si deux droites sont parallèles, sécantes ou gauches, et trouver le point d'intersection de deux droites lorsqu'il existe Le calcul de la distance minimale entre deux droites gauches n'est pas requis. Trouver l'équation de la perpendiculaire commune à deux droites gauches n'est pas non plus requis.
    • utiliser des formules pour calculer le produit scalaire de deux vecteurs, et utiliser les produits scalaires dans des problèmes impliquant des droites et des points. ex. : trouver l'angle entre deux droites, et trouver le pied de la perpendiculaire abaissée d'un point sur une droite ; les questions peuvent impliquer des objets en 3D tels que des parallélépipèdes rectangles, des tétraèdres (pyramides), etc. La connaissance du produit vectoriel n'est pas requise.

    Source : Programme Cambridge International

    Un voilier avec un grand-voile gonflé
    Les forces comme le vent et l'eau sont des vecteurs — elles ont à la fois une grandeur et une direction.

    Un vecteur 向量 a à la fois une grandeur et une direction. L'écrire sous forme de colonne, ou comme $x\mathbf{i} + y\mathbf{j} + z\mathbf{k}$, ou comme $\overrightarrow{AB}$.

    • La norme 模长 (longueur) de $\mathbf{v} = x\mathbf{i} + y\mathbf{j} + z\mathbf{k}$ est $|\mathbf{v}| = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}$.
    • Un vecteur unitaire 单位向量 a une norme $1$ ; diviser un vecteur par sa norme permet d'en obtenir un.
    • Un vecteur position 位置向量 indique l'emplacement d'un point par rapport à l'origine ; un vecteur déplacement 位移向量 $\overrightarrow{AB} = \mathbf{b} - \mathbf{a}$ va d'un point à un autre. Multiplier par un scalaire 标量 (un nombre simple) étire un vecteur.

    Droites et produit scalaire

    Une droite passant par le point $\mathbf{a}$ dans la direction $\mathbf{b}$ a pour équation vectorielle $\mathbf{r} = \mathbf{a} + t\mathbf{b}$. Deux droites peuvent être parallèles 平行, se coupent 相交 en un point, ou être gauches 异面直线 (non parallèles et jamais sécantes).

    Une droite passant par un point, avec le vecteur directeur ajouté une et deux fois pour atteindre des points plus éloignés
    Commencer au point $\mathbf{a}$, puis ajouter $t$ copies de la direction $\mathbf{b}$ pour atteindre tout point sur la droite.

    Le produit scalaire 数量积 de $\mathbf{a}$ et $\mathbf{b}$ est

    $$\mathbf{a}\cdot\mathbf{b} = a_1 b_1 + a_2 b_2 + a_3 b_3 = |\mathbf{a}|\,|\mathbf{b}|\cos\theta,$$
    où $\theta$ est l'angle entre eux. Donc $\mathbf{a}\cdot\mathbf{b} = 0$ signifie que les vecteurs sont perpendiculaires.

    Deux vecteurs partant d'un point avec l'angle entre eux et la projection de l'un sur l'autre
    Le produit scalaire met en évidence $|\mathbf{b}|\cos\theta$, la distance que $\mathbf{b}$ parcourt le long de $\mathbf{a}$.

    Exemple résolu. Trouver l'angle entre $\mathbf{a} = \mathbf{i} + 2\mathbf{j} + 2\mathbf{k}$ et $\mathbf{b} = 2\mathbf{i} + 2\mathbf{j} + \mathbf{k}$.

    $$\mathbf{a}\cdot\mathbf{b} = (1)(2) + (2)(2) + (2)(1) = 8, \qquad |\mathbf{a}| = |\mathbf{b}| = 3.$$
    Donc $\cos\theta = \dfrac{8}{3\times 3} = \dfrac{8}{9}$, donnant $\theta = 27.3^\circ$.

    Explorer

    Addition de vecteurs et produit scalaire

    Faites glisser les deux vecteurs. Voyez le résultant (bout à tête) et le produit scalaire, qui est nul lorsqu'ils sont perpendiculaires.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    vector/ˈvektə/ 向量 xiàng liàng
    magnitude/ˈmæɡnɪtjuːd/ 模长 mó zhǎng
    unit vector/ˈjuːnɪt ˈvektə/ 单位向量 dān wèi xiàng liàng
    position vector/pəˈzɪʃn ˈvektə/ 位置向量 wèi zhì xiàng liàng
    displacement vector/dɪˈspleɪsmənt ˈvektə/ 位移向量 wèi yí xiàng liàng
    scalar/ˈskeɪlə/ 标量 biāo liàng
    parallel/ˈpærəlel/ 平行 píng xíng
    intersect/ˌɪntəˈsekt/ 相交 xiāng jiāo
    skew lines/skjuː laɪnz/ 异面直线 yì miàn zhí xiàn
    scalar product/ˈskeɪlə ˈprɒdʌkt/ 数量积 shù liàng jī
    differential equation/ˌdɪfəˈrenʃl ɪˈkweɪʒn/ 微分方程 wēi fēn fāng chéng
    separable/ˈsepərəbl/ 可分离变量 kě fēn lí biàn liàng
    general solution/ˈdʒenərəl səˈluːʃn/ 通解 tōng jiě
    initial condition/ɪˈnɪʃl kənˈdɪʃn/ 初始条件 chū shǐ tiáo jiàn
    particular solution/pəˈtɪkjʊlə səˈluːʃn/ 特解 tè jiě
    complex number/ˈkɒmpleks ˈnʌmbə/ 复数 fù shù
    real part/rɪəl pɑːt/ 实部 shí bù
    imaginary part/ɪˈmædʒɪnəri pɑːt/ 虚部 xū bù
    Cartesian form/kɑːˈtiːzɪən fɔːm/ 直角坐标形式 zhí jiǎo zuò biāo xíng shì
    conjugate/ˈkɒndʒuːɡeɪt/ 共轭 gòng è
    modulus/ˈmɒdjʊləs/ 模 mó
    3.8

    Équations différentielles

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    formuler une simple affirmation impliquant un taux de variation sous forme d'équation différentielle L'introduction et l'évaluation d'une constante de proportionnalité, si nécessaire, sont incluses.
    trouver par intégration une forme générale de solution pour une équation différentielle du premier ordre dont les variables sont séparables Incluant toutes les techniques d'intégration du sujet 3.5 ci-dessus.
    utiliser une condition initiale pour trouver une solution particulière
    interpréter la solution d'une équation différentielle dans le contexte d'un problème modélisé par cette équation. Lorsqu'une équation différentielle est utilisée pour modéliser une situation réelle, aucune connaissance spécialisée du contexte ne sera requise.

    Source : Programme Cambridge International

    Une équation différentielle 微分方程 relie une quantité à sa vitesse de variation. Pour résoudre une équation du premier ordre dont les variables sont séparables 可分离变量, placer tous les termes $y$ d'un côté et tous les termes $x$ de l'autre, puis intégrer les deux côtés. Cela donne la solution générale 通解, qui contient une constante. Une condition initiale 初始条件 (une valeur connue) fixe la constante et donne la solution particulière 特解.

    Exemple résolu. Résoudre $\dfrac{dy}{dx} = xy$, sachant que $y = 1$ lorsque $x = 0$.

    Séparer les variables et intégrer :

    $$\int \frac{1}{y}\,dy = \int x\,dx \;\Rightarrow\; \ln y = \tfrac12 x^2 + c \;\Rightarrow\; y = A e^{x^2/2}.$$
    En utilisant $y = 1$ à $x = 0$, on obtient $A = 1$, donc $y = e^{x^2/2}$.

    Une famille de courbes pour différentes constantes, avec une courbe passant par (0, 1) mise en évidence
    La constante $A$ donne toute une famille de courbes ; la condition $y=1$ à $x=0$ sélectionne $y=e^{x^2/2}$.
    Explorer

    Champ de pentes

    Chaque petite ligne montre le gradient $\frac{dy}{dx}$ à cet endroit. Une courbe solution suit les flèches — changez le point de départ pour en voir une différente.

    3.9

    Nombres complexes

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre l'idée d'un nombre complexe, rappeler la signification des termes partie réelle, partie imaginaire, module, argument, conjugué, et utiliser le fait que deux nombres complexes sont égaux si et seulement si leurs parties réelles et imaginaires sont respectivement égales Les notations $\text{Re } z$, $\text{Im } z$, $|z|$, $\arg z$, $z^*$ doivent être connues. L'argument d'un nombre complexe fera généralement référence à un angle $\theta$ tel que $-\pi < \theta \leqslant \pi$, mais dans certains cas, l'intervalle $0 \leqslant \theta < 2\pi$ peut être plus pratique. Les réponses peuvent utiliser soit l'intervelle, sauf si la question spécifie le contraire.
    effectuer des opérations d'addition, de soustraction, de multiplication et de division de deux nombres complexes exprimés sous forme cartésienne $x + \text{i}y$ Pour les calculs impliquant la multiplication ou la division, le détail complet du raisonnement doit être fourni.
    utiliser le résultat selon lequel, pour une équation polynomiale à coefficients réels, toute racine non réelle apparaît par paires conjuguées ex. : dans la résolution d'une équation cubique ou quartique où une racine complexe est donnée.
    représenter géométriquement des nombres complexes au moyen d'un diagramme d'Argand
    effectuer des opérations de multiplication et de division de deux nombres complexes exprimés sous forme polaire $r(\cos \theta + \text{i}\sin \theta) \equiv r\text{e}^{\text{i}\theta}$ Incluant les résultats $|z_1 z_2| = |z_1||z_2|$ et $\arg(z_1 z_2) = \arg(z_1) + \arg(z_2)$, et les résultats correspondants pour la division.
    trouver les deux racines carrées d'un nombre complexe ex. : les racines carrées de $5 + 12\text{i}$ en forme cartésienne exacte. Le détail complet du raisonnement doit être fourni.
    comprendre en termes simples les effets géométriques de la conjugaison d'un nombre complexe et de l'addition, de la soustraction, de la multiplication et de la division de deux nombres complexes
    illustrer de simples équations et inégalités impliquant des nombres complexes au moyen de lieux géométriques dans un diagramme d'Argand ex. : $|z - a| < k$, $|z - a| = |z - b|$, $\arg(z - a) = \alpha$.

    Source : Programme Cambridge International

    Multiplier des nombres complexes : les longueurs se multiplient, les angles s'additionnent
    Multiplier par i est une rotation
    Une tête de brocoli romanesco
    Des motifs autosimilaires comme le brocoli romanesco émergent de l'itération de fonctions dans le plan complexe.

    Un nombre complexe 复数 a la forme $z = x + iy$, où $i^2 = -1$. Ici $x$ est la partie réelle 实部 et $y$ est la partie imaginaire 虚部. Cette $x + iy$ est la forme cartésienne 直角坐标形式. Deux nombres complexes sont égaux uniquement si leurs parties réelles correspondent et leurs parties imaginaires correspondent.

    • Le conjugué 共轭 de $z = x + iy$ est $z^* = x - iy$. Pour un polynôme à coefficients réels, toute racine non réelle apparaît par paires conjuguées.
    • Le module 模 est $|z| = \sqrt{x^2 + y^2}$ (sa distance à l'origine) et l'argument 辐角 est l'angle que fait le point, mesuré à partir de l'axe réel positif.
    • Vous pouvez tracer $z$ comme un point sur un diagramme d'Argand 阿干图 (le plan complexe).
    • La forme polaire 极坐标形式 est $z = r(\cos\theta + i\sin\theta) = re^{i\theta}$, où $r = |z|$ et $\theta$ est l'argument. Multiplier multiplie les modules et additionne les arguments.
    • Les lieux géométriques 轨迹 satisfaisant une condition sur $z$ sont tracés sur le diagramme d'Argand — par exemple $|z - a| = r$ est un cercle, $|z - a| = |z - b|$ une médiatrice, et $\arg(z - a) = \theta$ une demi-droite. Les racines carrées d'un nombre complexe proviennent de la résolution de $w^2 = z$.
    Un nombre complexe tracé sur le plan réel-imaginaire avec son module, son argument et son conjugué
    Sur le diagramme d'Argand $|z|$ est la distance à $O$, $\arg z$ l'angle, et $z^{*}$ la réflexion dans l'axe réel.

    Pour diviser, multiplier le numérateur et le dénominateur par le conjugué du dénominateur.

    Exemple résolu. Écrire $\dfrac{3 + i}{1 - i}$ sous la forme $x + iy$.

    $$\frac{3 + i}{1 - i} = \frac{(3 + i)(1 + i)}{(1 - i)(1 + i)} = \frac{3 + 3i + i + i^2}{1 + 1} = \frac{2 + 4i}{2} = 1 + 2i.$$

    Une équation ou inégalité en $z$ décrit un lieu géométrique 轨迹 (un chemin ou une région) sur le diagramme d'Argand. Par exemple $|z - a| = r$ est un cercle de rayon $r$ centré en $a$.

    Un cercle sur le plan d'Argand, centré au point a avec chaque point à une distance r de a
    $|z-a|=r$ est l'ensemble des points situés à une distance fixe $r$ de $a$ — un cercle.
    Explorer

    Le diagramme d'Argand

    Faites glisser le point. Un nombre complexe $a + bi$ est un point sur le plan ; son module est la distance à l'origine et son argument est l'angle.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    argument/ˈɑːɡjuːmənt/ 辐角 fú jiǎo
    Argand diagram/ˈɑːɡænd ˈdaɪəɡræm/ 阿干图 ā gàn tú
    polar form/ˈpəʊlə fɔːm/ 极坐标形式 jí zuò biāo xíng shì
    locus/ˈləʊkəs/ 轨迹 guǐ jì
    3.9

    Conseils d'examen

    • Décomposer une fonction rationnelle en fractions partielles avant d'intégrer ou de développer.
    • Choisir la bonne technique d'intégration (substitution, par parties ou fractions partielles) selon la forme de l'intégrande.
    • Utiliser le produit scalaire (point) pour l'angle entre vecteurs et tester la perpendicularité ; écrire une droite comme $\mathbf{r} = \mathbf{a} + t\mathbf{b}$.
    • Donner les nombres complexes sous la forme demandée (cartésienne ou module-argument) et les représenter sur un diagramme d'Argand.
  • 4

    Mécanique

    Regarder la leçon

    Cette fiche couvre le Thème 4 : Mécanique 力学. Elle étudie comment les forces font bouger les objets. Tout au long de ce thème, prendre l'accélération de la pesanteur comme $g = 10\ \text{m s}^{-2}$.

    4.1

    Forces et équilibre

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    identifier les forces agissant dans une situation donnée ex. : en dessinant un diagramme des forces.
    comprendre la nature vectorielle de la force, et trouver et utiliser les composantes et les résultantes Des calculs sont toujours requis, pas des solutions approchées par tracé à l'échelle.
    utiliser le principe selon lequel, lorsqu'une particule est en équilibre, la somme vectorielle des forces agissant est nulle, ou de manière équivalente, que la somme des composantes dans n'importe quelle direction est nulle Les solutions par résolution sont généralement attendues, mais des méthodes équivalentes (ex. : triangle des forces, théorème de Lami, là où approprié) sont également acceptables ; ces autres méthodes ne constituent pas un savoir requis et ne seront pas mentionnées dans les questions.
    comprendre qu'une force de contact entre deux surfaces peut être représentée par deux composantes, la composante normale et la composante de frottement
    utiliser le modèle de contact 'lisse', et comprendre les limites de ce modèle
    comprendre les concepts de frottement limite et d'équilibre limite, rappeler la définition du coefficient de frottement, et utiliser la relation $F = \mu R$ ou $F \leqslant \mu R$, selon le cas Des termes comme 'sur le point de glisser' peuvent être utilisés pour signifier 'en équilibre limite' dans les questions.
    utiliser la troisième loi de Newton. ex. : la force exercée par une particule sur le sol est égale et opposée à la force exercée par le sol sur la particule.

    Source : Programme Cambridge International

    Une travail 力 est une poussée ou une traction. C'est un vecteur, donc elle a une grandeur et une direction. En tant que vecteur, on peut décomposer une force en composantes 分量 (généralement horizontales et verticales), et on peut additionner plusieurs forces en une seule résultante 合力.

    Une flèche de force résolue en composantes horizontale et verticale formant un triangle rectangle
    Une force à un angle $\theta$ a une composante horizontale $F\cos\theta$ et une composante verticale $F\sin\theta$.

    Une particule est en équilibre 平衡 lorsque les forces sont compensées : la somme vectorielle des forces est nulle. En pratique, cela signifie que les composantes dans n'importe quelle direction s'additionnent à zéro.

    Un alpiniste accroché à une corde sur une falaise marine escarpée, maintenu éloigné de la paroi rocheuse
    Chaque problème de mécanique ressemble à cette image. Trois forces agissent sur l'alpiniste — le poids vers le bas, la tension le long de la corde, et une poussée de la roche — et parce qu'ils s'équilibrent, l'alpiniste reste immobile en équilibre. Résoudre chaque force en composantes horizontales et verticales transforme l'image en équations

    Frottement

    Lorsque deux surfaces se touchent, la force de contact 接触力 entre elles a deux parties : la réaction normale 法向反作用力 $R$, perpendiculaire à la surface, et la frottement 摩擦力 $F$, le long de la surface, qui s'oppose au glissement. Une surface « lisse » est un modèle sans frottement.

    La friction ne peut croître jusqu'à un maximum. À ce maximum, le corps est en équilibre limite 极限平衡, sur le point de glisser, et la friction est une friction limite 最大静摩擦力. Le maximum est déterminé par le coefficient de frottement 摩擦系数 $\mu$ :

    $$F \leqslant \mu R, \qquad \text{with } F = \mu R \text{ at the point of slipping}.$$

    Un bloc sur une surface rugueuse avec la réaction normale vers le haut, le poids vers le bas, une traction appliquée et la friction
    Sur une surface rugueuse, la force de contact se décompose en la réaction normale $R$ et la friction $F$ (au maximum $\mu R$).

    Selon la troisième loi de Newton 牛顿第三定律, les deux surfaces s'exercent mutuellement des forces égales et opposées.

    Exemple résolu. Un bloc de poids $20\text{ N}$ repose sur une table horizontale rugueuse de coefficient de frottement $\mu = 0.4$. Trouver la plus grande force horizontale pouvant être appliquée avant que le bloc ne glisse.

    La réaction normale de la table équilibre le poids, donc $R = 20\text{ N}$. Le bloc est au point de glisser lorsque la friction atteint son maximum $F = \mu R = 0.4 \times 20 = 8\text{ N}$. En équilibre, la force appliquée est égale à la friction, donc la plus grande force qu'il peut résister est $8\text{ N}$.

    Explorer

    Addition des forces

    résultante = a + b

    Les forces s'additionnent tête-bêche. Elles sont en équilibre lorsque la résultante est nulle.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    Mechanics/mɪˈkænɪks/ 力学 lì xué
    force/fɔːs/ 力 lì
    components/kəmˈpəʊnənts/ 分量 fèn liàng
    resultant/rɪˈzʌltənt/ 合力 hé lì
    equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ 平衡 píng héng
    contact force/ˈkɒntækt fɔːs/ 接触力 jiē chù lì
    normal reaction/ˈnɔːml rɪˈækʃn/ 法向反作用力 fǎ xiàng fǎn zuò yòng lì
    friction/ˈfrɪkʃn/ 摩擦力 mó cā lì
    limiting friction/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfrɪkʃn/ 最大静摩擦力 zuì dà jìng mó cā lì
    coefficient of friction/ˌkəʊɪˈfɪʃənt ɒv ˈfrɪkʃn/ 摩擦系数 mó cā xì shù
    Newton's third law/ˈnjuːtnz θɜːd lɔː/ 牛顿第三定律 niú dùn dì sān dìng lǜ
    4.2

    Cinématique du mouvement en ligne droite

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre les concepts de distance et de vitesse en tant que quantités scalaires, et de déplacement, vitesse (vectorielle) et accélération en tant que quantités vectorielles Limité au mouvement en une dimension uniquement. Le terme 'décélération' peut parfois être utilisé dans le contexte d'une vitesse décroissante.
    tracer et interpréter des graphiques position-temps et des graphiques vitesse-temps, et particulièrement comprendre que – l'aire sous un graphique vitesse-temps représente le déplacement, – la pente d'un graphique position-temps représente la vitesse, – la pente d'un graphique vitesse-temps représente l'accélération
    utiliser la différentiation et l'intégration par rapport au temps pour résoudre de simples problèmes concernant le déplacement, la vitesse et l'accélération Les techniques de calcul nécessaires sont limitées à celles du contenu de Paper 1 : Pure Mathematics 1.
    utiliser les formules appropriées pour un mouvement avec accélération constante en ligne droite. Les questions peuvent impliquer l'établissement de plus d'une équation, en utilisant des informations sur le mouvement de différentes particules.

    Source : Programme Cambridge International

    Distance 距离 et vitesse 速率 sont des scalaires (grandeur seule). Déplacement 位移, vitesse vectorielle 速度 et accélération 加速度 sont des vecteurs (grandeur et direction).

    Sur un graphique vitesse-temps 速度时间图, l'aire sous la courbe représente le déplacement et la pente représente l'accélération (une accélération négative est une décelération 减速度). Sur un graphique déplacement-temps, la pente représente la vitesse. Plus généralement, dériver par rapport au temps permet de passer du déplacement à la vitesse puis à l'accélération, et intégrer pour revenir en arrière.

    Un graphique vitesse-temps qui monte, reste plat, puis descend, avec l'aire sous la courbe ombragée
    L'aire ombragée donne la distance parcourue ; la pente de la ligne donne l'accélération.

    Pour un mouvement à accélération constante 匀加速, utiliser ces formules (les équations "suvat") :

    $$v = u + at, \qquad s = ut + \tfrac12 at^2, \qquad v^2 = u^2 + 2as, \qquad s = \tfrac12(u + v)t.$$

    Exemple résolu. Une voiture part du repos et accélère à $2.5\ \text{m s}^{-2}$ pendant $4\ \text{s}$. Trouver sa vitesse finale et la distance parcourue.

    $$v = 0 + 2.5\times 4 = 10\ \text{m s}^{-1}, \qquad s = 0 + \tfrac12(2.5)(4^2) = 20\ \text{m}.$$

    Explorer

    Graphique vitesse–temps

    Changez la vitesse initiale et l'accélération. Le gradient est l'accélération ; l'aire sous la ligne est le déplacement.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    distance/ˈdɪstəns/ 距离 jù lí
    speed/spiːd/ 速率 sù lǜ
    displacement/dɪˈspleɪsmənt/ 位移 wèi yí
    velocity/vəˈlɒsɪti/ 速度 sù dù
    acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ 加速度 jiā sù dù
    velocity-time graph/vəˈlɒsɪti taɪm ɡræf/ 速度时间图 sù dù shí jiān tú
    constant acceleration/ˈkɒnstənt əkˌseləˈreɪʃn/ 匀加速 yún jiā sù
    4.3

    Impulsion

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    utiliser la définition de la quantité de mouvement linéaire et montrer la compréhension de sa nature vectorielle Pour le mouvement en une dimension uniquement.
    utiliser la conservation de la quantité de mouvement linéaire pour résoudre des problèmes qui peuvent être modélisés comme un choc direct entre deux corps. Incluant le choc direct entre deux corps qui coalescent lors du choc. La connaissance de l'impulsion et du coefficient de restitution n'est pas requise.

    Source : Programme Cambridge International

    Un pendule de Newton avec des billes en acier
    Un balancier de Newton illustre la conservation de la quantité de mouvement lors des collisions.

    La quantité de mouvement linéaire 动量 d'un corps est $\text{mass} \times \text{velocity}$. C'est un vecteur. Lors d'une collision directe entre deux corps, la quantité de mouvement totale reste inchangée. C'est la conservation de la quantité de mouvement linéaire 动量守恒 :

    $$m_1 u_1 + m_2 u_2 = m_1 v_1 + m_2 v_2.$$

    Deux corps avant une collision et collés ensemble se déplaçant après
    La quantité de mouvement totale est la même avant et après la collision.

    Exemple résolu. Un corps de masse $2\ \text{kg}$ se déplaçant à $3\ \text{m s}^{-1}$ heurte un corps stationnaire de masse $1\ \text{kg}$, et ils restent attachés. Trouver leur vitesse commune ensuite.

    $$2(3) + 1(0) = (2 + 1)v \;\Rightarrow\; v = \frac{6}{3} = 2\ \text{m s}^{-1}.$$

    Explorer

    Une collision

    Définissez chaque masse et vitesse et faites-les entrer en collision. La quantité de mouvement totale reste identique avant et après.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    momentum/məʊˈmentəm/ 动量 dòng liàng
    conservation of momentum/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv məʊˈmentəm/ 动量守恒 dòng liàng shǒu héng
    Newton's laws of motion/ˈnjuːtnz lɔːz ɒv ˈməʊʃn/ 牛顿运动定律 niú dùn yùn dòng dìng lǜ
    4.4

    Les lois de Newton du mouvement

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • appliquer les lois de Newton du mouvement au mouvement linéaire d'une particule de masse constante se déplaçant sous l'action de forces constantes, qui peuvent inclure le frottement, la tension dans un fil inextensible et la poussée dans une tige de liaison Si d'autres forces résistant au mouvement doivent être prises en compte (ex. : résistance de l'air), cela sera indiqué dans la question.
    • utiliser la relation entre la masse et le poids $W = mg$. Dans cette partie, les questions sont principalement numériques, et l'utilisation de la valeur numérique approximative $10\text{ (ms}^{-2}\text{)}$ pour $g$ est attendue.
    • résoudre de simples problèmes qui peuvent être modélisés comme le mouvement d'une particule se déplaçant verticalement ou sur un plan incliné avec une accélération constante Incluant, par exemple, le mouvement d'une particule sur un plan rugueux où l'accélération lors du mouvement vers le haut du plan est différente de celle lors du mouvement vers le bas.
    • résoudre de simples problèmes qui peuvent être modélisés comme le mouvement de particules connectées. ex. : particules connectées par un fil léger et inextensible passant sur une poulie lisse, ou une voiture tractant une remorque au moyen d'une corde légère ou d'une barre de traction rigide légère.

    Source : Programme Cambridge International

    Les lois de Newton du mouvement 牛顿运动定律 relient la force et l'accélération. La loi principale est : force résultante $=$ masse 质量 $\times$ accélération,

    $$F = ma.$$
    Le poids 重力 d'un corps est la force de gravité exercée sur lui : $W = mg$. Les forces dans un problème peuvent inclure le poids, le frottement, la tension 张力 dans une corde, la poussée 推力 (push) dans une tige, et la résistance de l'air 空气阻力.

    Pour un mouvement sur un plan incliné 斜面, décomposer chaque force en une composante parallèle à la pente et une composante perpendiculaire, puis appliquer $F = ma$ le long de la pente. Pour des particules liées 连接质点 (reliées par une corde), appliquer $F = ma$ à chaque corps ou à tout le système.

    Un bloc sur une pente avec le poids, la réaction normale, la tension vers le haut de la pente et le frottement vers le bas
    Sur une pente, résoudre les forces le long de la pente et perpendiculairement à celle-ci.

    Exemple résolu. Un bloc de masse $12\ \text{kg}$ est tiré vers le haut d'un plan rugueux par une corde parallèle à la pente. Le plan est incliné à $20^\circ$ par rapport à l'horizontale, le coefficient de frottement est $0.4$, et l'accélération est $2\ \text{m s}^{-2}$. Trouver la tension dans la corde.

    La réaction normale est $R = mg\cos 20^\circ = 120\cos 20^\circ = 112.8\ \text{N}$, donc la friction est $F = \mu R = 0.4 \times 112.8 = 45.1\ \text{N}$. Le long de la pente, $T - mg\sin 20^\circ - F = ma$ :

    $$T = ma + mg\sin 20^\circ + F = 12(2) + 120\sin 20^\circ + 45.1 = 24 + 41.0 + 45.1 = 110\ \text{N (3 s.f.)}.$$

    Explorer

    Force résultante

    F = ma

    La force résultante produit l'accélération. Des forces équilibrées ⇒ aucune accélération.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    mass/mæs/ 质量 zhì liàng
    weight/weɪt/ 重力 zhòng lì
    tension/ˈtenʃn/ 张力 zhāng lì
    inclined plane/ɪnˈklaɪnd pleɪn/ 斜面 xié miàn
    connected particles/kəˈnektɪd ˈpɑːtɪklz/ 连接质点 lián jiē zhì diǎn
    work done/wɜːk dʌn/ 功 gōng
    kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ 动能 dòng néng
    gravitational potential energy/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl ˈenədʒi/ 重力势能 zhòng lì shì néng
    conservation of energy/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ 能量守恒 néng liàng shǒu héng
    power/ˈpaʊə/ 功率 gōng lǜ
    limiting equilibrium/ˈlɪmɪtɪŋ ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ 极限平衡 jí xiàn píng héng
    deceleration/dɪˌseləˈreɪʃn/ 减速度 jiǎn sù dù
    thrust/θrʌst/ 推力 tuī lì
    air resistance/eə rɪˈzɪstəns/ 空气阻力 kōng qì zǔ lì
    4.5

    Énergie, travail et puissance

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • comprendre le concept de travail effectué par une force, et calculer le travail effectué par une force constante lorsque son point d'application subit un déplacement non nécessairement parallèle à la force $W = Fd \cos \theta$ ; L'utilisation du produit scalaire n'est pas requise.
    • comprendre les concepts d'énergie potentielle gravitationnelle et d'énergie cinétique, et utiliser les formules appropriées
    • comprendre et utiliser la relation entre le changement d'énergie d'un système et le travail effectué par les forces extérieures, et utiliser au cas échéant le principe de conservation de l'énergie Incluant des cas où le mouvement peut ne pas être linéaire (ex. : un enfant sur un 'glissoir' courbe lisse), où seuls les changements globaux d'énergie doivent être pris en compte.
    • utiliser la définition de la puissance comme le taux au cours duquel une force effectue un travail, et utiliser la relation entre la puissance, la force et la vitesse pour une force agissant dans la direction du mouvement Y compris le calcul de la (moyenne) puissance en tant que
    $$\frac{\text{Work done}}{\text{Time taken}}$$
    $P = Fv$.
    • résoudre des problèmes impliquant, par exemple, l'accélération instantanée d'une voiture se déplaçant sur une colline contre une résistance.

    Source : Programme Cambridge International

    Un montagnes russes avec une boucle verticale
    Un mountains ruses échange de l'énergie potentielle contre de l'énergie cinétique lorsqu'il monte et descend.

    Le travail effectué 功 par une force constante est le produit scalaire de la force et du déplacement — la force multipliée par la distance parcourue dans la direction de la force : $W = Fd\cos\theta$, où $\theta$ est l'angle entre la force et le mouvement. Le travail est mesuré en joules (J).

    L'énergie existe sous des formes calculables :

    • Énergie cinétique 动能 (énergie de mouvement) : $\text{KE} = \tfrac12 mv^2$.
    • Énergie potentielle gravitationnelle 重力势能 (énergie de hauteur) : $\text{PE} = mgh$.

    Le travail des forces extérieures est égal à la variation de l'énergie totale. Lorsqu'aucun frottement n'agit, l'énergie totale reste constante — la conservation de l'énergie 能量守恒.

    Puissance 功率 est le taux de réalisation du travail. Pour une force tirant dans la direction du mouvement, $P = Fv$ (puissance $=$ travail $\times$ vitesse). La puissance est mesurée en watts (W).

    Exemple résolu. Un moteur de voiture fonctionne à $12\ \text{kW}$ tandis que la voiture se déplace à $20\ \text{m s}^{-1}$ sur une route plane. Trouver la force motrice.

    $$P = Fv \;\Rightarrow\; F = \frac{P}{v} = \frac{12000}{20} = 600\ \text{N}.$$

    Explorer

    Conservation de l'énergie

    Laissez tomber l'objet et observez l'énergie changer de forme. Sans frottement, l'EPP + EC reste constante tout au long de la chute.

    4.5

    Conseils d'examen

    • Tracer un diagramme de forces clair et le résoudre en composantes perpendiculaires ; pour l'équilibre, chaque direction somme à zéro.
    • Utiliser SUVAT uniquement pour une accélération constante et garder une direction positive cohérente.
    • Appliquer $F = ma$ le long de la direction du mouvement, y compris le frottement ($F = \mu R$) sur une surface rugueuse.
    • Énoncer vos hypothèses (corde légère inextensible, poulie lisse, particule) — elles valent souvent un point.
  • 5

    Probabilités et Statistiques 1

    Regarder la leçon

    Cette fiche couvre le Sujet 5 : Probabilités & Statistiques 概率统计 1. Il s'agit de décrire des données, de compter des choix et de calculer la probabilité d'événements.

    5.1

    Représentation des données

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • choisir une méthode appropriée pour présenter des données statistiques brutes, et discuter des avantages et/ou inconvénients que peuvent avoir certaines représentations particulières
    • dessiner et interpréter des diagrammes tiges-feuilles, des boîtes à moustaches, des histogrammes et des graphiques de fréquence cumulative Y compris les diagrammes tiges-feuilles dos-à-dos.
    • comprendre et utiliser différentes mesures de tendance centrale (moyenne, médiane, mode) et de variation (étendue, étendue interquartile, écart-type) p.ex. dans la comparaison et la confrontation d'ensembles de données.
    • utiliser un graphique de fréquence cumulative p.ex. pour estimer les médianes, les quartiles, les percentiles, la proportion d'une distribution au-dessus (ou en dessous) d'une valeur donnée, ou entre deux valeurs.
    • calculer et utiliser la moyenne et l'écart-type d'un ensemble de données (y compris des données groupées), soit à partir des données elles-mêmes, soit à partir des totaux donnés $\Sigma x$ et $\Sigma x^2$, ou des totaux codés $\Sigma(x - a)$ et $\Sigma(x - a)^2$, et utiliser ces totaux pour résoudre des problèmes pouvant impliquer jusqu'à deux ensembles de données.

    Source : Programme Cambridge International

    Choisissez un diagramme adapté aux données. Vous devez être capable de dessiner et de lire :

    • non diagramme tiges et feuilles 茎叶图 (conserve les valeurs originales et montre la forme) ; deux ensembles de données sont comparés avec une version dos à dos 背靠背 – une tige centrale partagée, les feuilles d'un ensemble augmentant vers la gauche et celles de l'autre vers la droite, permettant de comparer leurs médianes et étendues d'un coup d'œil;
    • non diagramme en boîte à moustaches 箱线图 (montre la valeur minimale, les trois quartiles et la valeur maximale);
    • non histogramme 直方图 (pour des données groupées, où l'aire de chaque barre représente la fréquence);
    • non graphique de fréquence cumulative 累积频数 (total cumulatif, utilisé pour estimer la médiane et les quartiles).
    Une courbe cumulative en S avec des lignes pointillées lisant la médiane à mi-fréquence totale
    Une courbe de fréquence cumulative est en S ; lire la médiane depuis la moitié de la fréquence totale, et les quartiles depuis un et trois quarts
    Un diagramme en boîte à moustaches avec des moustaches jusqu'aux valeurs minimales et maximales et une boîte de quartiles
    La boîte s'étend des quartiles $Q_1$ à $Q_3$ ; les moustaches atteignent les valeurs minimale et maximale.

    Moyennes et dispersion

    Une mesure de tendance centrale 集中趋势 est une seule valeur "centrale" :

    • la moyenne 平均数 $\bar{x} = \dfrac{\sum x}{n}$ (la moyenne arithmétique);
    • la médiane 中位数 (la valeur centrale lorsque les données sont ordonnées);
    • le mode 众数 (la valeur la plus fréquente).

    Une mesure de variation 离散程度 montre à quel point les données sont dispersées :

    • l'étendue (des données) 极差 (max $-$ min);
    • l'étendue interquartile 四分位距 (quartile supérieur $-$ quartile inférieur);
    • l'écart-type 标准差 $\sigma = \sqrt{\dfrac{\sum x^2}{n} - \bar{x}^2}$.

    On travaille souvent à partir des totaux $\sum x$ et $\sum x^2$. Le carré de l'écart-type est la variance 方差.

    Exemple résolu. Pour $10$ valeurs, $\sum x = 50$ et $\sum x^2 = 300$. Trouvez la moyenne et l'écart type.

    $$\bar{x} = \frac{50}{10} = 5, \qquad \sigma = \sqrt{\frac{300}{10} - 5^2} = \sqrt{30 - 25} = \sqrt{5} = 2.24.$$

    Codage 编码 rend les grands nombres plus faciles. Remplacer chaque valeur par $t=x-a$ pour une moyenne supposée 假定平均数 convenable $a$. Ensuite $\bar{x}=a+\bar{t}$, tandis que l'écart-type reste inchangé (décaler toutes les valeurs ne disperse pas les données). Donc, à partir des totaux codés $\sum(x-a)$ et $\sum(x-a)^2$, on obtient directement $\bar x$ et $\sigma$, et deux ensembles de données peuvent être comparés via leurs totaux codés.

    Explorer

    Dispersion et cloche

    P(−k < Z < k)

    La dispersion est mesurée en écarts types — environ 68 % des données se situent dans 1 écart type, 95 % dans 2.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    stem-and-leaf diagram/stem ænd liːf ˈdaɪəɡræm/ 茎叶图 jīng yè tú
    back-to-back/bæk tə bæk/ 背靠背 bèi kào bèi
    box-and-whisker plot/bɒks ænd ˈwɪskə plɒt/ 箱线图 xiāng xiàn tú
    histogram/ˈhɪstəɡræm/ 直方图 zhí fāng tú
    cumulative frequency/ˈkjuːmjʊlətɪv ˈfriːkwənsi/ 累积频数 lěi jī pín shuò
    measure of central tendency/ˈmeʒə ɒv ˈsentrəl ˈtendənsi/ 集中趋势 jí zhōng qū shì
    mean/miːn/ 平均数 píng jūn shù
    median/ˈmiːdiːən/ 中位数 zhōng wèi shù
    mode/məʊd/ 众数 zhòng shù
    variation/ˌveərɪˈeɪʃn/ 离散程度 lí sàn chéng dù
    variance/ˈveərɪəns/ 方差 fāng chà
    Coding/ˈkəʊdɪŋ/ 编码 biān mǎ
    assumed mean/əˈsjuːmd miːn/ 假定平均数 jiǎ dìng píng jūn shù
    5.2

    Permutations et combinaisons

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • comprendre les termes permutation et combinaison, et résoudre des problèmes simples impliquant des sélections
    • résoudre des problèmes concernant l'arrangement d'objets en ligne, y compris ceux impliquant – la répétition (p.ex. le nombre de façons d'arranger les lettres du mot 'NEEDLESS') – la restriction (p.ex. le nombre de façons dont plusieurs personnes peuvent se tenir en ligne si deux personnes spécifiques doivent, ou ne doivent pas, se tenir côte à côte). Les questions peuvent inclure des cas tels que des personnes assises en deux (ou plus) rangées. Les questions sur des objets disposés en cercle ne seront pas incluses.

    Source : Programme Cambridge International

    Une permutation 排列 est un arrangement où l'ordre compte ; une combinaison 组合 est une sélection où l'ordre ne compte pas. Les nombres sont

    $${}^nP_r = \frac{n!}{(n-r)!}, \qquad {}^nC_r = \binom{n}{r} = \frac{n!}{r!\,(n-r)!}.$$
    Pour disposer des objets en ligne quand certains sont répétés, diviser par la factorielle de chaque compteur de répétition.

    Permutation : l'ordre compte (AB ≠ BA). Combinaison : l'ordre ne compte pas ({A,B} = {B,A})
    L'ordre importe pour une permutation, mais pas pour une combinaison

    Exemple résolu. Combien y a-t-il de dispositions différentes des lettres du mot NEEDLESS ?

    Il y a $8$ lettres, avec E répété $3$ fois et S répété $2$ fois :

    $$\frac{8!}{3!\,2!} = \frac{40320}{6 \times 2} = 3360.$$

    Disposer 3 parmi 4 objets : 4×3×2 = 24 = ⁴P₃ ; les combinaisons divisent par r!
    nPr = n!/(n−r)!; nCr = nPr/r!
    Explorer

    Laboratoire sur les permutations et combinaisons

    Choisissez si l'ordre importe dans un problème de dénombrement.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    range (of data)/reɪndʒ/ 极差 jí chà
    interquartile range/ˌɪntəˈkwɔːtaɪl reɪndʒ/ 四分位距 sì fēn wèi jù
    standard deviation/ˈstændəd ˌdiːvɪˈeɪʃn/ 标准差 biāo zhǔn chà
    permutation/ˌpɜːmjuːˈteɪʃn/ 排列 pái liè
    combination/ˌkɒmbɪˈneɪʃn/ 组合 zǔ hé
    mutually exclusive events/ˈmjuːtʃuːəli eksˈkluːsɪv ɪˈvents/ 互斥事件 hù chì shì jiàn
    independent events/ˌɪndɪˈpendənt ɪˈvents/ 独立事件 dú lì shì jiàn
    conditional probability/kənˈdɪʃənl ˌprɒbəˈbɪlɪti/ 条件概率 tiáo jiàn gài lǜ
    discrete random variable/dɪˈskriːt ˈrændəm ˈveərɪəbl/ 离散型随机变量 lí sàn xíng suí jī biàn liàng
    probability distribution table/ˌprɒbəˈbɪlɪti ˌdɪstrɪˈbjuːʃn ˈteɪbl/ 概率分布表 gài lǜ fēn bù biǎo
    expectation/ekspɪkˈteɪʃn/ 期望 qī wàng
    binomial distribution/baɪˈnəʊmɪəl ˌdɪstrɪˈbjuːʃn/ 二项分布 èr xiàng fēn bù
    geometric distribution/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk ˌdɪstrɪˈbjuːʃn/ 几何分布 jǐ hé fēn bù
    5.3

    Probabilité

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    évaluer les probabilités dans des cas simples par énumération d'événements élémentaires équiprobables, ou par calcul utilisant les permutations ou les combinaisons p.ex. le score total lors du lancer de deux dés équitables. p.ex. tirage de billes au hasard depuis un sac contenant des billes de différentes couleurs.
    utiliser l'addition et la multiplication des probabilités, selon le cas, dans des situations simples L'utilisation explicite de la formule générale $\text{P}(A \cup B) = \text{P}(A) + \text{P}(B) - \text{P}(A \cap B)$ n'est pas requise.
    comprendre la signification des événements exclusifs et indépendants, y compris la détermination du fait que les événements $A$ et $B$ sont indépendants en comparant les valeurs de $\text{P}(A \cap B)$ et $\text{P}(A) \times \text{P}(B)$
    calculer et utiliser les probabilités conditionnelles dans des cas simples. ex. situations qui peuvent être représentées par un espace échantillon d'événements élémentaires équiprobables, ou un arbre probabiliste. L'utilisation de $\text{P}(A|B) = \frac{\text{P}(A \cap B)}{\text{P}(B)}$ peut être requise dans des cas simples.

    Source : Programme Cambridge International

    Un assortiment de dés polyédriques
    Dés : un point de départ familier pour la probabilité.

    Trouver une probabilité en comptant les issues également probables, ou en utilisant des permutations et combinaisons. Combiner les probabilités avec ces règles :

    • addition pour "ou" : $P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)$;
    • multiplication pour "et" lorsque les événements sont indépendants : $P(A \cap B) = P(A)\,P(B)$.
    Deux cercles superposés dans un rectangle, avec le chevauchement ombragé comme intersection
    Le chevauchement des deux cercles est $A\cap B$ ; la règle d'addition le soustrait une fois pour ne pas le compter deux fois.

    Deux événements sont des événements mutuellement exclusifs 互斥事件 si ils ne peuvent pas se produire tous les deux, et des événements indépendants 独立事件 si la survenue de l'un ne change pas la chance de l'autre. Pour tester l'indépendance, vérifier si $P(A \cap B) = P(A)\times P(B)$. Une probabilité conditionnelle 条件概率 est la chance de $A$ sachant que $B$ s'est produit : $P(A \mid B) = \dfrac{P(A \cap B)}{P(B)}$.

    Exemple résolu. Des événements ont $P(A) = 0.5$, $P(B) = 0.4$ et $P(A \cap B) = 0.2$. $A$ et $B$ sont-ils indépendants ?

    Test : $P(A)\times P(B) = 0.5 \times 0.4 = 0.2 = P(A \cap B)$. Les valeurs sont égales, donc $A$ et $B$ sont indépendants.

    Explorer

    Probabilité conditionnelle

    Changez les probabilités et lisez l'arbre. C'est ainsi que P(A et B) et la probabilité conditionnelle s'articulent.

    5.4

    Variables aléatoires discrètes

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    dresser une table de distribution de probabilité relative à une situation donnée impliquant une variable aléatoire discrète $X$, et calculer $\text{E}(X)$ et $\text{Var}(X)$
    utiliser les formules pour les probabilités des distributions binomiale et géométrique, et reconnaître des situations pratiques où ces distributions constituent des modèles appropriés Y compris les notations $\text{B}(n, p)$ et $\text{Geo}(p)$. $\text{Geo}(p)$ désigne la distribution dans laquelle $p_r = p(1 - p)^{r-1}$ pour $r = 1, 2, 3, \dots$.
    utiliser les formules pour l'espérance et la variance de la distribution binomiale et pour l'espérance de la distribution géométrique. La démonstration des formules n'est pas requise.

    Source : Programme Cambridge International

    Une variable aléatoire discrète 离散型随机变量 $X$ prend des valeurs distinctes, chacune avec une probabilité. Les lister dans un tableau de distribution de probabilité 概率分布表 ; les probabilités doivent additionner à $1$. Ensuite l'espérance 期望 (moyenne) et la variance sont

    $$E(X) = \sum x\,P(X = x), \qquad \mathrm{Var}(X) = \sum x^2\,P(X = x) - \big(E(X)\big)^2.$$

    Deux modèles spéciaux :

    • la distribution binomiale 二项分布 $X \sim B(n, p)$, pour le nombre de succès en $n$ essais indépendants : $P(X = r) = \binom{n}{r}p^r(1-p)^{n-r}$, avec $E(X) = np$ et $\mathrm{Var}(X) = np(1-p)$;
    • la distribution géométrique 几何分布, pour l'essai sur lequel le premier succès survient : $P(X = r) = (1-p)^{r-1}p$, avec $E(X) = \dfrac{1}{p}$.

    Exemple résolu. $X \sim B(10, 0.3)$. Trouver $P(X = 2)$ et $E(X)$.

    $$P(X = 2) = \binom{10}{2}(0.3)^2(0.7)^8 = 45 \times 0.09 \times 0.05765 = 0.233, \qquad E(X) = 10 \times 0.3 = 3.$$

    Un diagramme en barres de la distribution binomiale B(10, 0.3) avec la moyenne marquée à 3
    La distribution $B(10,0.3)$ : chaque barre est $P(X=r)$, regroupée autour de la moyenne $np=3$.
    Explorer

    Une distribution discrète

    Changez n et p pour une distribution binomiale et observez les barres — la probabilité de chaque nombre de succès.

    5.5

    La distribution normale

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre l'utilisation d'une distribution normale pour modéliser une variable aléatoire continue, et utiliser les tables de distribution normale Des croquis de courbes normales illustrant des distributions ou des probabilités peuvent être requis.
    résoudre des problèmes concernant une variable $X$, où $X \sim N(\mu, \sigma^2)$, y compris : – trouver la valeur de $P(X > x_1)$, ou une probabilité associée, étant donné les valeurs de $x_1$, $\mu$, $\sigma$. – trouver une relation entre $x_1$, $\mu$ et $\sigma$ étant donné la valeur de $P(X > x_1)$ ou une probabilité associée Pour les calculs impliquant la standardisation, les détails complets du raisonnement doivent être fournis. p.ex. $Z = \frac{(X - \mu)}{\sigma}$
    rappeler les conditions sous lesquelles la distribution normale peut être utilisée comme approximation de la distribution binomiale, et utiliser cette approximation, avec une correction de continuité, pour résoudre des problèmes. $n$ suffisamment grand pour s'assurer que $np > 5$ et $nq > 5$.

    Source : Programme Cambridge International

    La règle 68-95-99.7
    Un tableau de Galton avec des billes formant une forme de cloche
    Un plateau de Galton : des boules tombant sur des broches s'empilent selon la distribution normale en forme de cloche.

    La distribution normale 正态分布 modélise une variable aléatoire continue 连续型随机变量 avec une forme de cloche symétrique. Écrivez $X \sim N(\mu, \sigma^2)$, où $\mu$ est la moyenne et $\sigma$ l'écart-type. Pour utiliser les tableaux, par standardisation 标准化, convertissez en la variable $Z \sim N(0, 1)$ :

    $$Z = \frac{X - \mu}{\sigma}.$$

    Puis $P(X < x) = P\!\left(Z < \dfrac{x - \mu}{\sigma}\right)$, que vous lisez dans le tableau normal $\Phi$.

    Une courbe en cloche symétrique centrée sur la moyenne avec l'aire jusqu'à une valeur x ombragée
    Une probabilité normale est une aire sous la courbe en cloche ; la standardisation la redimensionne à $Z\sim N(0,1)$.

    La distribution normale est aussi une bonne approximation 近似 de la binomiale lorsque $n$ est grand. Comme vous remplacez une variable discrète par une continue, appliquez une correction de continuité 连续性校正 (ajustez de $0.5$).

    Les barres d'une distribution binomiale avec une courbe normale correspondante dessinée par-dessus
    Lorsque $n$ est grand, les barres binomiales suivent une courbe normale de même moyenne et variance.

    Exemple résolu. Les sacs de riz ont une masse $X \sim N(\mu, 0.14^2)$. Sachant que $P(X < 1.48) = 0.22$, trouvez $\mu$.

    D'après le tableau, $P(Z < z) = 0.22$ donne $z = -0.772$. Donc

    $$\frac{1.48 - \mu}{0.14} = -0.772 \;\Rightarrow\; \mu = 1.48 + 0.772 \times 0.14 = 1.59\ \text{kg (3 s.f.)}.$$

    Explorer

    La loi normale

    Ombrez l'aire pour trouver une probabilité. Une valeur z mesure combien d'écarts-types un point est éloigné de la moyenne.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    normal distribution/ˈnɔːml ˌdɪstrɪˈbjuːʃn/ 正态分布 zhèng tài fēn bù
    continuous random variable/kənˈtɪnjuːəs ˈrændəm ˈveərɪəbl/ 连续型随机变量 lián xù xíng suí jī biàn liàng
    standardisation/ˌstændədaɪˈzeɪʃn/ 标准化 biāo zhǔn huà
    approximation/əˌprɒksɪˈmeɪʃn/ 近似 jìn sì
    continuity correction/kɒntɪˈnjuːɪti kəˈrekʃn/ 连续性校正 lián xù xìng jiào zhèng
    Probability & Statistics/ˌprɒbəˈbɪlɪti ænd stəˈtɪstɪks/ 概率统计 gài lǜ tǒng jì
    central tendency/ˈsentrəl ˈtendənsi/ 集中趋势 jí zhōng qū shì
    Regarder la leçon
    5.5

    Conseils d'examen

    • Décidez si l'ordre importe : permutations ($^nP_r$) s'il compte, combinaisons ($^nC_r$) s'il ne compte pas.
    • Pour une variable aléatoire discrète, vérifiez que les probabilités s'additionnent à $1$ et utilisez $E(X) = \sum x\,P(X=x)$.
    • Pour la distribution normale, standardisez avec $z = (x - \mu)/\sigma$, dessinez et hachez, puis lisez le tableau.
    • Appliquez une correction de continuité lors de l'approximation d'une variable discrète par la normale.
  • 6

    Probabilités et Statistiques 2

    Regarder la leçon

    Cette fiche couvre le Sujet 6 : Probabilités & Statistiques 概率统计 2. Elle ajoute le modèle de Poisson, la combinaison de variables aléatoires, les distributions continues, et les notions d'estimation et de test.

    6.1

    La distribution de Poisson

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    utiliser les formules pour calculer des probabilités pour la distribution $\text{Po}(\lambda)$
    utiliser le fait que si $X \sim \text{Po}(\lambda)$ alors la moyenne et la variance de $X$ sont chacune égales à $\lambda$ La démonstration n'est pas requise.
    comprendre la pertinence de la distribution de Poisson pour la distribution d'événements aléatoires, et utiliser la distribution de Poisson comme modèle
    utiliser la distribution de Poisson comme approximation de la distribution binomiale là où cela est approprié Les conditions que $n$ est grand et $p$ est petit doivent être connues ; $n > 50$ et $np < 5$, approximativement.
    utiliser la distribution normale, avec correction de continuité, comme approximation de la distribution de Poisson là où cela est approprié. La condition que $\lambda$ est grand doit être connue ; $\lambda > 15$, approximativement.

    Source : Programme Cambridge International

    Des personnes attendant dans une file d'attente à un terminal
    Les arrivées aléatoires de personnes dans une file suivent une distribution de Poisson.

    La distribution de Poisson 泊松分布 $X \sim \mathrm{Po}(\lambda)$ modélise le nombre d'événements aléatoires dans un intervalle fixe, quand ils se produisent à un taux moyen stable $\lambda$ :

    $$P(X = r) = e^{-\lambda}\frac{\lambda^r}{r!}.$$
    Pour une variable de Poisson, la moyenne et la variance sont toutes deux égales à $\lambda$. La distribution de Poisson est une bonne approximation 近似 de la distribution binomiale lorsque $n$ est grand et $p$ est petit. La distribution normale (avec correction de continuité) approxime la Poisson lorsque $\lambda$ est grand.

    Exemple résolu. $X \sim \mathrm{Po}(3)$. Trouvez $P(X = 2)$.

    $$P(X = 2) = e^{-3}\frac{3^2}{2!} = e^{-3}\times 4.5 = 0.224.$$

    Un histogramme de la distribution de Poisson avec une moyenne de 3, penché vers la droite
    La distribution de Poisson $\mathrm{Po}(3)$ : pour une variable de Poisson, la moyenne et la variance valent toutes deux $\lambda$.
    Explorer

    La loi de Poisson

    Changez la moyenne λ. Poisson modélise le nombre d'événements aléatoires dans un intervalle fixe — les événements rares donnent une forme asymétrique.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    Poisson distribution/ˈpɔɪsn ˌdɪstrɪˈbjuːʃn/ 泊松分布 pō sōng fēn bù
    approximation/əˌprɒksɪˈmeɪʃn/ 近似 jìn sì
    expectation/ekspɪkˈteɪʃn/ 期望 qī wàng
    6.2

    Combinaisons linéaires de variables aléatoires

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    • utiliser, lors de la résolution de problèmes, les résultats suivants : – $\text{E}(aX + b) = a\text{E}(X) + b$ et $\text{Var}(aX + b) = a^2\text{Var}(X)$ – $\text{E}(aX + bY) = a\text{E}(X) + b\text{E}(Y)$ – $\text{Var}(aX + bY) = a^2\text{Var}(X) + b^2\text{Var}(Y)$ pour des $X$ indépendantes et $Y$ – si $X$ suit une loi normale alors $aX + b$ aussi – si $X$ et $Y$ suivent des lois normales indépendantes alors $aX + bY$ suit une loi normale – si $X$ et $Y$ suivent des lois de Poisson indépendantes alors $X + Y$ suit une loi de Poisson. Les démonstrations de ces résultats ne sont pas requises.

    Source : Programme Cambridge International

    Quand vous transformez une variable selon une règle linéaire, l'espérance 期望 (moyenne) et la variance 方差 suivent ces règles :

    $$E(aX + b) = aE(X) + b, \qquad \mathrm{Var}(aX + b) = a^2\,\mathrm{Var}(X).$$
    Pour deux variables indépendantes $X$ et $Y$ :
    $$E(aX + bY) = aE(X) + bE(Y), \qquad \mathrm{Var}(aX + bY) = a^2\,\mathrm{Var}(X) + b^2\,\mathrm{Var}(Y).$$
    Deux faits utiles : si $X$ suit une distribution normale 正态分布, alors $aX + b$ aussi ; et la somme de variables de Poisson indépendantes est encore de Poisson.

    Exemple résolu. $X$ a pour moyenne $5$ et variance $4$. Trouvez $E(3X - 1)$ et $\mathrm{Var}(3X - 1)$.

    $$E(3X - 1) = 3(5) - 1 = 14, \qquad \mathrm{Var}(3X - 1) = 3^2 \times 4 = 36.$$

    Explorer

    Laboratoire sur les combinaisons linéaires

    E(aX + b) = aE(X) + b

    Changez un facteur d'échelle et voyez comment la valeur attendue s'échelle.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    variance/ˈveərɪəns/ 方差 fāng chà
    normal distribution/ˈnɔːml ˌdɪstrɪˈbjuːʃn/ 正态分布 zhèng tài fēn bù
    continuous random variable/kənˈtɪnjuːəs ˈrændəm ˈveərɪəbl/ 连续型随机变量 lián xù xíng suí jī biàn liàng
    probability density function/ˌprɒbəˈbɪlɪti ˈdensɪti ˈfʌŋkʃn/ 概率密度函数 gài lǜ mì dù hán shù
    cumulative distribution function/ˈkjuːmjʊlətɪv ˌdɪstrɪˈbjuːʃn ˈfʌŋkʃn/ 累积分布函数 lěi jī fēn bù hán shù
    median/ˈmiːdiːən/ 中位数 zhōng wèi shù
    6.3

    Variables aléatoires continues

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre le concept d'une variable aléatoire continue, et rappeler et utiliser les propriétés d'une fonction de densité de probabilité Pour les fonctions de densité définies sur un seul intervalle uniquement ; le domaine peut être infini, p.ex. $\frac{3}{x^4}$ pour $x \geqslant 1$.
    utiliser une fonction de densité de probabilité pour résoudre des problèmes impliquant des probabilités, et pour calculer la moyenne et la variance d'une distribution. Y compris la localisation de la médiane ou d'autres percentiles d'une distribution par considération directe d'une aire utilisant la fonction de densité. La connaissance explicite de la fonction de répartition n'est pas incluse.

    Source : Programme Cambridge International

    Une variable aléatoire continue 连续型随机变量 peut prendre n'importe quelle valeur dans un intervalle. Ses probabilités proviennent d'une fonction de densité de probabilité 概率密度函数 $f(x)$, avec deux propriétés clés :

    $$f(x) \geqslant 0, \qquad \int_{-\infty}^{\infty} f(x)\,dx = 1.$$
    Une probabilité est l'aire sous $f$, et la moyenne se trouve par intégration :
    $$P(a < X < b) = \int_a^b f(x)\,dx, \qquad E(X) = \int_{-\infty}^{\infty} x\,f(x)\,dx.$$

    La fonction de répartition 累积分布函数 est $F(x) = P(X \leqslant x) = \int_{-\infty}^{x} f(t)\,dt$ ; la médiane 中位数 résout $F(m) = 0.5$, et d'autres percentiles 百分位数 résolvent $F(x) = p$.

    Une courbe de densité avec la région entre a et b ombragée comme une probabilité
    Pour une variable continue, la probabilité $P(a est l'aire sous $f(x)$ entre $a$ et $b$.

    Exemple résolu. Une variable continue a $f(x) = \tfrac12 x$ pour $0 \leqslant x \leqslant 2$ (et $0$ ailleurs). Trouvez $E(X)$.

    $$E(X) = \int_0^2 x\cdot\tfrac12 x\,dx = \int_0^2 \tfrac12 x^2\,dx = \left[\tfrac{x^3}{6}\right]_0^2 = \frac{8}{6} = \frac{4}{3}.$$

    La variance utilise la même idée, $\mathrm{Var}(X)=\displaystyle\int_{-\infty}^{\infty}x^2 f(x)\,dx-\big(E(X)\big)^2$. Pour les mêmes $f(x)=\tfrac12 x$ sur $[0,2]$ : $\displaystyle\int_0^2 x^2\cdot\tfrac12 x\,dx=\left[\tfrac{x^4}{8}\right]_0^2=2$, donc $\mathrm{Var}(X)=2-\left(\tfrac43\right)^2=2-\tfrac{16}{9}=\tfrac{2}{9}$.

    Explorer

    Aire = probabilité

    P(a < X < b) = ∫ f(x) dx

    Pour une variable continue, la probabilité est l'aire sous la courbe de densité entre deux valeurs.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    percentiles/pəˈsentaɪlz/ 百分位数 bǎi fēn wèi shù
    sample/ˈsæmpl/ 样本 yàng běn
    6.4

    Échantillonnage et estimation

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la distinction entre un échantillon et une population, et apprécier la nécessité de la randomisation dans le choix des échantillons
    expliquer en termes simples pourquoi une méthode d'échantillonnage donnée peut être insatisfaisante Y compris une compréhension élémentaire de l'utilisation de nombres aléatoires pour produire des échantillons aléatoires. La connaissance de méthodes d'échantillonnage particulières, telles que l'échantillonnage par quotas ou stratifié, n'est pas requise.
    reconnaître qu'une moyenne d'échantillon peut être considérée comme une variable aléatoire, et utiliser les faits que $\text{E}(\overline{X}) = \mu$ et que $\text{Var}(\overline{X}) = \frac{\sigma^2}{n}$
    utiliser le fait que $\overline{X}$ suit une distribution normale si $X$ suit une distribution normale
    utiliser le Théorème Central Limite là où c'est approprié Seule une compréhension informelle du Théorème Central Limite (TCL) est requise ; pour de grands tailles d'échantillon, la distribution d'une moyenne d'échantillon est approximativement normale.
    calculer des estimations sans biais de la moyenne et de la variance de la population à partir d'un échantillon, en utilisant soit des données brutes, soit des données résumées Seule une compréhension simple du terme 'sans biais' est requise, p.ex. que bien que les estimations individuelles varient, le processus donne un résultat précis 'en moyenne'.
    déterminer et interpréter un intervalle de confiance pour la moyenne de la population dans les cas où la population est normalement distribuée avec une variance connue ou où un grand échantillon est utilisé
    déterminer, à partir d'un grand échantillon, un intervalle de confiance approximatif pour une proportion de population.

    Source : Programme Cambridge International

    Une grande foule de personnes
    Les statistiques étudient un échantillon pour apprendre sur une population entière.

    Un échantillon 样本 est un petit groupe choisi parmi toute la population 总体. Un échantillon aléatoire nécessite de la randomisation 随机性, afin que chaque membre ait une chance équitable d'être sélectionné.

    Certaines méthodes sont insatisfaisantes car elles sont biaisées 有偏 : prélever uniquement des volontaires ou les 20 premières personnes arrivées sureprésente certains types de personnes. Un véritable échantillon aléatoire utilise des nombres aléatoires – numérotez chaque membre de la population, puis tirez des nombres (à partir d'un tableau ou d'un générateur) pour décider qui est dans l'échantillon.

    La moyenne de l'échantillon $\bar{X}$ est elle-même une variable aléatoire, avec

    $$E(\bar{X}) = \mu, \qquad \mathrm{Var}(\bar{X}) = \frac{\sigma^2}{n}.$$
    Par le Théorème Central Limite 中心极限定理, pour un grand échantillon $\bar{X}$ est approximativement normale, quelle que soit la forme de la population.

    Une courbe de population asymétrique et la cloche beaucoup plus étroite de la moyenne d'échantillon sur le même centre
    Quelle que soit la forme de la population, la moyenne de l'échantillon $\bar{X}$ a une distribution étroite, quasi-normale, centrée sur $\mu$.

    À partir d'un échantillon, vous pouvez trouver des estimations sans biais 无偏估计 de la moyenne et de la variance de la population. Un intervalle de confiance 置信区间 fournit une plage qui contient probablement la vraie moyenne. Quand la population est normale avec une variance connue $\sigma$ (ou l'échantillon est grand), un intervalle $95\%$ est

    $$\bar{x} \pm 1.96\,\frac{\sigma}{\sqrt{n}}.$$

    Une ligne numérique montrant la moyenne d'échantillon au milieu et l'intervalle s'étendant de chaque côté
    Un intervalle de confiance $95\%$ s'étend sur $1.96$ erreurs standards de chaque côté de la moyenne de l'échantillon.

    Vous pouvez également trouver un intervalle de confiance pour une proportion de population 总体比例 à partir d'un grand échantillon.

    Exemple résolu. Un échantillon de $n = 64$ a pour moyenne $\bar{x} = 50$, provenant d'une population avec $\sigma = 8$. Trouvez un intervalle de confiance $95\%$ pour la moyenne de la population.

    $$50 \pm 1.96\times\frac{8}{\sqrt{64}} = 50 \pm 1.96 \;\Rightarrow\; (48.0,\ 52.0).$$

    Explorer

    La distribution d'échantillonnage

    X̄ ~ N(μ, σ²/n)

    Par le Théorème Central Limite, les moyennes d'échantillon suivent une courbe normale — plus étroite pour des échantillons plus grands.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    population/ˌpɒpjʊˈleɪʃn/ 总体 zǒng tǐ
    randomness/ˈrændəmnəs/ 随机性 suí jī xìng
    biased/ˈbaɪəst/ 有偏 yǒu piān
    Central Limit Theorem/ˈsentrəl ˈlɪmɪt ˈθɪərəm/ 中心极限定理 zhōng xīn jí xiàn dìng lǐ
    unbiased estimates/ʌnˈbaɪəst ˈestɪməts/ 无偏估计 wú piān gū jì
    confidence interval/ˈkɒnfɪdəns ˈɪntəvl/ 置信区间 zhì xìn qū jiān
    population proportion/ˌpɒpjʊˈleɪʃn prəˈpɔːʃn/ 总体比例 zǒng tǐ bǐ lì
    6.5

    Tests d'hypothèses

    Programme
    Les candidats doivent être capables de : Notes et exemples
    comprendre la nature d'un test d'hypothèse, la différence entre les tests à une queue et à deux queues, et les termes hypothèse nulle, hypothèse alternative, niveau de significativité, zone de rejet (ou zone critique), zone d'acceptation et statistique de test Les résultats des tests d'hypothèses doivent être interprétés en termes de contextes dans lesquels les questions sont posées.
    formuler des hypothèses et effectuer un test d'hypothèse dans le contexte d'une observation unique provenant d'une population ayant une distribution binomiale ou de Poisson, en utilisant – l'évaluation directe des probabilités – une approximation normale de la distribution binomiale ou de Poisson, là où c'est approprié
    formuler des hypothèses et effectuer un test d'hypothèse concernant la moyenne de la population dans les cas où la population est normalement distribuée avec une variance connue ou où un grand échantillon est utilisé
    comprendre les termes erreur de Type I et erreur de Type II par rapport aux tests d'hypothèses
    calculer les probabilités de commettre des erreurs de Type I et de Type II dans des situations spécifiques impliquant des tests basés sur une distribution normale ou l'évaluation directe de probabilités binomiales ou de Poisson.

    Source : Programme Cambridge International

    Un test d'hypothèse 假设检验 utilise des données d'échantillon pour juger d'une affirmation. Vous établissez deux énoncés : l'hypothèse nulle 原假设 $H_0$ (l'affirmation testée, généralement "aucun changement") et l'hypothèse alternative 备择假设 $H_1$ (ce que vous soupçonnez à la place). Le test est unilatéral 单尾 si $H_1$ pointe dans un sens (ex. $\mu > 50$) et bilatéral 双尾 s'il permet les deux sens ($\mu \neq 50$).

    Vous fixez un niveau de signification 显著性水平 (souvent $5\%$), calculez une statistique de test 检验统计量 à partir des données, et voyez si elle tombe dans la zone de rejet 拒绝域 (aussi appelée zone critique) ; si c'est le cas, vous rejetez $H_0$, sinon la statistique est dans la zone d'acceptation.

    Une courbe normale standard avec les deux queues au-delà de plus ou moins 1.96 ombragées comme régions de rejet
    Un test bilatéral à $5\%$ rejette $H_0$ seulement si la statistique de test tombe dans une queue hachurée au-delà de $\pm1.96$.

    Deux erreurs sont possibles : une erreur de Type I 第一类 erreur consiste à rejeter $H_0$ quand elle est en fait vraie ; une erreur de Type II 第二类 erreur consiste à accepter $H_0$ quand elle est en fait fausse. Vous pouvez trouver leurs probabilités depuis la zone de rejet : $P(\text{Type I})=P(\text{statistic in the rejection region}\mid H_0)$ – cela équivaut au niveau de signification – et $P(\text{Type II})=P(\text{statistic in the acceptance region}\mid H_1$ vrai pour une valeur donnée$)$, calculé à partir de la binomiale, de Poisson ou de la normale.

    Exemple résolu. On prétend qu'une population a une moyenne $50$, avec $\sigma = 8$. Un échantillon de $n = 64$ donne $\bar{x} = 52$. Testez au niveau $5\%$ si la moyenne a changé.

    $H_0\!: \mu = 50$ et $H_1\!: \mu \neq 50$ (bilatéral). La statistique de test est

    $$z = \frac{\bar{x} - \mu}{\sigma/\sqrt{n}} = \frac{52 - 50}{8/8} = 2.$$
    La valeur critique à $5\%$ (bilatéral) est $1.96$. Puisque $2 > 1.96$, vous rejetez $H_0$ : il y a des preuves que la moyenne a changé.

    Exemple résolu (test binomial). Une pièce est censée être juste mais suspectée de tomber trop rarement pile : $H_0\!:p=0.5$, $H_1\!:p<0.5$. En $n=30$ lancers, vous observez $X=9$ têtes. Sous $H_0$, $X\sim B(30,0.5)$, donc la probabilité de queue unilatérale est

    $$P(X\leqslant 9)=\sum_{k=0}^{9}\binom{30}{k}(0.5)^{30}\approx 0.021.$$
    Puisque $0.021<0.05$, rejetez $H_0$ : la pièce semble bien biaisée contre les têtes. (Pour un grand $n$, la binomiale est approximée par une normale ; un test Poisson fonctionne de la même manière pour les événements rares. Et ici, si la règle est "rejeter lorsque $X\leqslant 9$", alors $P(\text{Type I})=P(X\leqslant 9\mid p=0.5)\approx0.021$.)

    Explorer

    La région de rejet

    rejeter H₀ si z < −z*

    La zone hachurée file d'attente est la région de rejet — si la statistique de test y tombe, rejeter H₀.

    Vocabulaire Entrainer
    Anglais Chinois Pinyin
    hypothesis test/haɪˈpɒθəsɪs test/ 假设检验 jiǎ shè jiǎn yàn
    null hypothesis/nʌl haɪˈpɒθəsɪs/ 原假设 yuán jiǎ shè
    alternative hypothesis/ɔːlˈtɜːnətɪv haɪˈpɒθəsɪs/ 备择假设 bèi zé jiǎ shè
    one-tailed/wʌn teɪld/ 单尾 dān wěi
    two-tailed/tuː teɪld/ 双尾 shuāng wěi
    significance level/sɪɡˈnɪfɪkəns ˈlevl/ 显著性水平 xiǎn zhù xìng shuǐ píng
    test statistic/test stəˈtɪstɪk/ 检验统计量 jiǎn yàn tǒng jì liàng
    rejection region/rɪˈdʒekʃn ˈriːdʒn/ 拒绝域 jù jué yù
    Type I error/taɪp aɪ ˈerə/ 第一类错误 dì yī lèi cuò wù
    Type II error/taɪp ˈtuː ˈerə/ 第二类错误 dì èr lèi cuò wù
    Probability & Statistics/ˌprɒbəˈbɪlɪti ænd stəˈtɪstɪks/ 概率统计 gài lǜ tǒng jì
    6.5

    Conseils d'examen

    • Utilisez la distribution de Poisson pour des événements rares, aléatoires et indépendants ; sa moyenne est égale à sa variance ($= \lambda$).
    • Lors de la combinaison de variables aléatoires indépendantes, les variances s'additionnent (elles ne se soustraient jamais).
    • Pour un test d'hypothèse, énoncez $H_0$ et $H_1$, le niveau de signification, la statistique de test, et une conclusion dans le contexte.
    • Pour un intervalle de confiance, utilisez la bonne valeur $z$ (ou $t$) et interprétez-la en mots.

Se connecter ou créer un compte

IGCSE, A-Level & AP