Limite : Valeur vers laquelle la fonction se rapproche lorsque sa variable tend vers cette valeur, qui peut être finie ou infinie.
Dérivée : Coefficient directeur de la tangente à sa courbe en ce point.
★ À maîtriser
📐 Formule — La dérivée vérifie f′(x)=limΔx→0ΔxΔf=dxdf et la différentielle vérifie df=f′(x)dx.
📌 Si la dérivée est positive, la fonction est croissante ; si elle est négative, la fonction est décroissante ; si elle est nulle, la fonction est constante localement, et un changement de signe indique un extremum local.
📌 Si la dérivée seconde est positive, la fonction est convexe ; si elle est négative, la fonction est concave ; si elle est nulle sans changement de signe, la courbe est affine, et un changement de signe indique un point d’inflexion.
Compléments
📐 Formule — La limite du potentiel électrique V(r)=4πεrq lorsque la distance tend vers l’infini vaut limr→+∞V(r)=0.
📐 Formule — La dérivée seconde vérifie f′′(x)=dxd(dxdf)=dx2d2f.
💡 Astuce mémo
Écart infinitésimal → pente locale → variations de la fonction
📖 2. Intégrales et primitives
🔑 Notions clés & Définitions
Intégrale : Aire algébrique obtenue comme la limite d’une somme de rectangles infinitésimaux.
Primitive : Fonction F dont la dérivée est f.
★ À maîtriser
📐 Formule — Pour n rectangles de largeur Δx=nxn−x1, l’aire approchée vaut Atot=∑k=1nf(xk)Δx et l’intégrale vaut Acourbe=∫x1xnf(x)dx.
📐 Formule — Les propriétés fondamentales sont l’additivité ∫abf(x)dx+∫bcf(x)dx=∫acf(x)dx, la symétrie ∫abf(x)dx=−∫baf(x)dx et la linéarité ∫ab[f(x)+g(x)]dx=∫abf(x)dx+∫abg(x)dx.
📐 Formule — Le théorème fondamental de l’analyse donne ∫abf(x)dx=F(b)−F(a) lorsqu’une primitive F de f est connue.
Compléments
📐 Formule — Deux primitives d’une même fonction diffèrent d’une constante, selon F1(x)=F2(x)+C.
📐 Formule — L’intégration par parties vérifie ∫abu′vdx=[uv]ab−∫abuv′dx.
💡 Astuce mémo
Rectangles → somme → intégrale → primitive aux bornes
📖 3. Fonctions usuelles
🔑 Notions clés & Définitions
Exponentielle : Fonction définie sur R, prenant des valeurs strictement positives, vérifiant exp(0)=1 et égale à sa dérivée et à une primitive à constante près.
Logarithme népérien : Le logarithme népérien est la fonction réciproque de l’exponentielle et n’est défini que pour les réels strictement positifs.
Fonction trigonométrique : Fonctions dont le graphe se répète selon une période T vérifiant f(x)=f(x+T).
★ À maîtriser
📐 Formule — Pour tous réels a et b, l’exponentielle vérifie ea+b=eaeb, e−a=ea1 et eab=(ea)b=(eb)a.
📐 Formule — Le logarithme népérien vérifie ln(ex)=x, eln(x)=x, ln′(x)=x1 et ∫ln(x)dx=x(ln(x)−1).
📐 Formule — La variation relative d’une grandeur Q est QΔQ=QinitialQfinal−Qinitial ; pour un débit passant de 10 m3.s−1 à 15 m3.s−1, elle vaut 0,5, soit 50 %.
📐 Formule — Pour E=4πε0r2Q, si QΔQ=1,5% et rΔr=−3%, alors EΔE=7,5%.
📐 Formule — Sur le cercle trigonométrique, le sinus et le cosinus vérifient cos2(x)+sin2(x)=1 et un tour complet correspond à 360°=2πrad.
📐 Formule — Les dérivées et primitives vérifient cos′(x)=−sin(x), sin′(x)=cos(x), ∫cos(x)dx=sin(x) et ∫sin(x)dx=−cos(x).
📐 Formule — La tangente est définie par tan(x)=cos(x)sin(x) pour x=2π+kπ avec k∈Z, et sa dérivée vaut tan′(x)=1+tan2(x)=cos2(x)1.
Compléments
📐 Formule — La différentielle logarithmique vérifie dln(x)=xdx et permet de traiter les variations relatives de grandeurs imbriquées.
💡 Astuce mémo
Exponentielle croissante, logarithme croissant et concave
📖 4. Géométrie des aires et volumes
★ À maîtriser
📐 Formule — Les principales aires sont Acarreˊ=a2, Arectangle=Lℓ, Adisque=πr2, Aspheˋre=4πr2 et Acylindre=2πrL+2πr2.
📐 Formule — Les principaux volumes sont Vcube=a3, Vpaveˊ=Lℓh, Vspheˋre=34πr3 et Vcylindre=πr2L.
📐 Formule — Un angle plan en radians vérifie α=RAB, varie de 0 à 2π et correspond à un arc de longueur comprise entre 0 et 2πr.
📐 Formule — Un angle solide en stéradians vérifie Ω=R2A, varie de 0 à 4π et correspond à une surface comprise entre 0 et 4πr2.
Compléments
L’aire représente la surface d’une figure et s’exprime en mètres carrés dans le système international.
📖 5. Vecteurs et projections
🔑 Notions clés & Définitions
Vecteur : Objet mathématique caractérisé par un point d’application, une direction, un sens et une norme.
Base vectorielle : Ensemble de vecteurs non colinéaires permettant de décrire tout vecteur comme une combinaison linéaire de ses vecteurs unitaires.
Projection vectorielle : Détermination de la valeur de la composante d’un vecteur selon un axe.
★ À maîtriser
📐 Formule — Si un vecteur de norme ∥v∥ forme un angle α avec les axes perpendiculaires, ses composantes vérifient ∥vx∥=cos(α)∥v∥ et ∥vy∥=sin(α)∥v∥.
Compléments
La norme d’un vecteur entre A et B est égale à la distance entre A et B, et la norme du vecteur AB vaut 5 cm dans l’exemple présenté.
📐 Formule — Dans une base orthonormée, le vecteur OA=2i+j et un vecteur non nul vérifie OM=∥OM∥ui.
💡 Astuce mémo
Un vecteur fléché se décompose sur les axes en deux composantes
📖 6. Bases vectorielles et projections
🔑 Notions clés & Définitions
Base vectorielle : Ensemble de vecteurs unitaires non colinéaires, souvent orthogonaux, qui permet d’exprimer tout vecteur comme une combinaison linéaire.
★ À maîtriser
📐 Formule — La projection d’un vecteur de norme ∥v∥ faisant un angle α avec l’axe des abscisses vérifie ∥vx∥=∥v∥cos(α) et ∥vy∥=∥v∥sin(α).
Compléments
📐 Formule — Le vecteur allant de O vers M s’écrit OM=∥OM∥ui, où ui est le vecteur unitaire orienté de O vers M.
💡 Astuce mémo
Base → composantes → projection
📖 7. Référentiels et mouvement
🔑 Notions clés & Définitions
Référentiel : Objet ou système de référence auquel on associe un repère de temps et d’espace pour étudier la position et le mouvement d’un système.
Référentiel galiléen : Référentiel dans lequel tout corps ne subissant aucune force décrit un mouvement rectiligne uniforme.
📝 Points essentiels
📐 Formule — Dans un repère cartésien, le vecteur position du point M(x,y,z) est OM=xux+yuy+zuz et sa norme vaut ∥OM∥=x2+y2+z2.
📐 Formule — La vitesse est la dérivée temporelle de la position et l’accélération est la dérivée temporelle de la vitesse : v=dtdOM et a=dtdv=dt2d2OM.
💡 Astuce mémo
Immobile dans un référentiel, mobile dans un autre
📖 8. Quantité de mouvement et Newton
📝 Points essentiels
📐 Formule — La quantité de mouvement d’un système de masse m et de vitesse v est p=mv et s’exprime en kg⋅m⋅s−1.
📌 Selon la première loi de Newton, la résultante des forces est nulle pour un système au repos ou en mouvement rectiligne uniforme : ∑F=0.
📐 Formule — Dans un référentiel galiléen, la deuxième loi de Newton donne ∑Fext=dtdp, et pour une masse constante ∑Fext=ma.
💡 Astuce mémo
Force résultante → variation de la quantité de mouvement
📖 9. Énergies, travail et puissance
★ À maîtriser
📐 Formule — L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de toutes les énergies potentielles : Em=Ec+∑Epot.
📐 Formule — L’énergie cinétique d’un système de masse m et de vitesse v vaut Ec=21mv2.
📐 Formule — Les énergies potentielles de pesanteur et élastique sont respectivement Epp=mgz et Epe=21kx2=21k(l−l0)2.
📐 Formule — Le travail élémentaire d’une force vaut dW=F⋅dl=Fdlcos(θ) et le travail entre A et B vaut WAB=∫ABF⋅dl.
📐 Formule — Le théorème de l’énergie cinétique donne WAB=ΔEc=21m(vB2−vA2), en tenant compte des travaux de toutes les forces.
📌 Pour des forces conservatives, le travail est indépendant du chemin suivi et l’énergie mécanique du système se conserve.
Compléments
📐 Formule — La puissance est l’énergie ou le travail échangé par unité de temps et vérifie P=dtdE=dtdW=F⋅v.
💡 Astuce mémo
Travail moteur → gain d’énergie cinétique
📖 10. Champs et distributions électriques
★ À maîtriser
📐 Formule — La force gravitationnelle entre deux masses mA et mB séparées par une distance r a pour norme ∥Fg∥=Gr2mAmB et elle est toujours attractive.
📐 Formule — La force électrostatique entre deux charges q1 et q2 séparées par r a pour norme ∥Fe∥=4πε1r2q1q2.
📐 Formule — Une densité de charge linéique, surfacique ou volumique vérifie respectivement λ=dldq, σ=dSdq et ρ=dVdq.
📐 Formule — Le champ électrique créé par une charge ponctuelle Q à une distance r vaut E=4πεr2Q et la force exercée sur une charge q vaut Fe=qE.
Compléments
L’interaction faible a une portée de l’ordre de 10−18m et est à l’origine de nombreux phénomènes radioactifs.
L’interaction forte a une portée de l’ordre de 10−15m et contribue notamment à la cohésion du noyau atomique.
📐 Formule — Pour une distribution discrète de charges, le champ électrique total est la somme vectorielle des champs individuels : Etot=∑iEi.
💡 Astuce mémo
λ linéique, σ surfacique, ρ volumique
📖 11. Potentiel et dipôle électriques
🔑 Notions clés & Définitions
Dipôle électrique : Formé de deux charges de valeurs absolues égales et de signes opposés, séparées par une faible distance.
📝 Points essentiels
📐 Formule — L’énergie potentielle électrostatique de deux charges ponctuelles q et Q séparées par r vaut Ep=4πεrqQ.
📐 Formule — Le potentiel électrostatique créé par une charge ponctuelle Q vaut V=4πεrQ et l’énergie potentielle d’une charge q vérifie Ep=qV.
📐 Formule — Le champ électrique est lié au potentiel par E=−drdV.
📐 Formule — Le moment dipolaire est p=qNP, orienté de la charge négative vers la charge positive, et son potentiel lointain vérifie V(r)=4πεr2p⋅ur.
💡 Astuce mémo
Charge ponctuelle : 1/r ; dipôle : 1/r²
📖 12. Condensateur et électrocardiogramme
🔑 Notions clés & Définitions
Condensateur plan : Dispositif composé de deux plaques uniformément chargées et de signes opposés, disposées face à face pour stocker et libérer de l’énergie électrique.
Électrocardiogramme : Examen qui mesure l’activité électrique cardiaque grâce à des électrodes placées sur le corps du patient.
★ À maîtriser
📐 Formule — Entre les plaques d’un condensateur, le champ électrique est uniforme et orienté de la plaque positive vers la plaque négative, avec ∥E∥=εσ=εSQ, tandis qu’il est nul à l’extérieur.
📐 Formule — La différence de potentiel entre les plaques vérifie ∣ΔV∣=Eh=εσh, et le potentiel décroît linéairement de la plaque positive vers la plaque négative.
📐 Formule — La capacité d’un condensateur vérifie C=ΔVQ=h∣Sε∣ et dépend uniquement de sa géométrie et du matériau entre les plaques.
Une cellule cardiaque se contracte après une dépolarisation provoquée par l’entrée de charges positives à travers des canaux membranaires.
Compléments
Une membrane plasmique se comporte comme un condensateur dont le feuillet interne est négatif et le feuillet externe positif au repos.
💡 Astuce mémo
Dépolarisation → dipôle cardiaque → projection mesurée par l’ECG
📖 13. Électrocardiogramme et dipôle cardiaque
🔑 Notions clés & Définitions
Électrocardiogramme : Examen médical qui suit l’activité électrique du cœur grâce à des électrodes placées sur le corps.
Polarisation : État de repos d’une cellule myocardique dont l’extérieur membranaire est positif et l’intérieur négatif en raison d’une répartition inégale des ions.
Dépolarisation : Inversion de la polarité membranaire d’une cellule cardiaque par entrée de charges positives à travers des canaux ioniques, et elle précède sa contraction.
Dipôle cardiaque : Représente la répartition des charges liée à la propagation de la dépolarisation dans le cœur, et son moment dipolaire varie en norme et en direction au cours du temps.
★ À maîtriser
📌 Une dérivation ECG fournit une projection algébrique du moment dipolaire cardiaque sur un axe, et cette projection peut être positive, négative ou nulle selon l’angle entre les deux vecteurs.
🔄 Pour déterminer l’orientation du moment dipolaire, on:
étudie le signe d’une dérivation
barre la moitié du cercle incompatible
choisit une dérivation perpendiculaire
répète jusqu’à conserver un seul secteur
Compléments
📐 Formule — La norme du moment dipolaire se calcule à partir de deux projections orthogonales selon p=(p⋅ux)2+(p⋅uy)2.
📐 Formule — Le débit volumique est le volume traversant une section par unité de temps et vérifie Q=dtdV=Sv.
📌 Dans un circuit en série, le débit se conserve et vérifie Q1=Q2, donc S1v1=S2v2.
Lorsque la section d’un tuyau diminue, la vitesse du fluide augmente selon l’effet Venturi.
📌 Dans un circuit en parallèle, le débit total est la somme des débits des branches et vérifie Qtot=Q1+Q2+Q3.
📐 Formule — La loi de Bernoulli exprime la conservation de l’énergie totale d’un fluide parfait entre deux points : pA+ρgzA+21ρvA2=pB+ρgzB+21ρvB2.
Compléments
📐 Formule — La section d’un tuyau cylindrique de rayon r vérifie S=πr2.
📐 Formule — Une pompe fournit une surpression Δπ et sa puissance vérifie Ppompe=Δπ×Q.
💡 Astuce mémo
Série : même débit ; parallèle : même perte de charge
📖 16. Fluides visqueux et résistances
🔑 Notions clés & Définitions
Viscosité : Caractérise les frottements internes d’un fluide réel et les frottements du fluide contre la paroi du tuyau.
★ À maîtriser
📌 Dans un fluide réel, le profil de vitesse est parabolique, avec une vitesse maximale au centre du tube et nulle aux parois, tandis que dans un fluide parfait la vitesse est homogène.
📐 Formule — La vitesse moyenne d’un fluide visqueux vérifie vˉ=21vmax et le débit vérifie Q=Svˉ.
📐 Formule — La résistance hydraulique d’un tuyau vérifie R=πa48ηL.
📐 Formule — La perte de charge due aux frottements visqueux est positive et vérifie Δp=RQ.
📐 Formule — Pour un fluide visqueux, le théorème de Bernoulli modifié s’écrit pA+ρgzA+21ρvA2=pB+ρgzB+21ρvB2+Δp.
📐 Formule — En série, les résistances équivalentes s’additionnent selon Req=∑iRi, tandis qu’en parallèle leurs inverses s’additionnent selon Req1=∑iRi1.
Compléments
📐 Formule — La puissance dissipée par les frottements vérifie Pdissipeˊe=Δp×Q=RQ2.
💡 Astuce mémo
Série : résistances s’additionnent ; parallèle : inverses des résistances s’additionnent
📖 17. Gaz parfaits et pressions partielles
🔑 Notions clés & Définitions
Mole : Unité permettant de compter les particules par paquet, une mole correspondant à NA=6,02×1023 molécules.
★ À maîtriser
📐 Formule — La quantité de matière vérifie n=NAN et, à partir de la masse molaire, n=Mm.
📐 Formule — La loi des gaz parfaits s’écrit pV=nRT=NkT.
📐 Formule — Dans un mélange gazeux, la pression totale est la somme des pressions partielles selon ptot=∑ipi.
📐 Formule — Pour une espèce i, la fraction de pression vérifie ppi=ntotni=NtotNi.
Compléments
📐 Formule — La pression exercée par un fluide sur une surface vérifie p=SF, avec une pression exprimée en pascals dans le système international.
📐 Formule — La conversion de température est T(K)=T(∘C)+273,15.
📖 18. Ondes sonores et interfaces
🔑 Notions clés & Définitions
Onde mécanique : Propagation d’une perturbation qui produit des variations réversibles de propriétés physiques locales, sans transport de matière mais avec transport d’énergie.
★ À maîtriser
📌 Une onde transversale perturbe le milieu perpendiculairement à sa direction de propagation, tandis qu’une onde longitudinale le perturbe dans la même direction.
Les ondes sonores sont longitudinales et résultent de la propagation d’une faible surpression qui fait osciller les molécules autour de leur position d’équilibre.
📐 Formule — La célérité d’une onde vérifie c=Tλ=λν, avec ν=T1.
📐 Formule — La puissance d’une onde est l’énergie émise par unité de temps P=dtdE et son intensité est la puissance par unité de surface I=SP.
📐 Formule — Pour une onde sphérique isotrope, l’intensité à la distance r vérifie I=4πr2P et diminue donc comme 1/r2.
📐 Formule — Le niveau sonore est défini par L=10log(IreˊfI), avec Ireˊf=10−12Wm−2.
📌 Pour des sons incohérents, on additionne les intensités Itot=∑iIi puis on calcule le niveau sonore total, sans additionner directement les niveaux sonores.
📐 Formule — À une interface, les coefficients de transmission et de réflexion vérifient T=(Z1+Z2)24Z1Z2 et R=(Z1+Z2)2(Z1−Z2)2, avec R+T=1.
📌 Lors d’un changement de milieu, la fréquence de l’onde reste constante, tandis que sa célérité et sa longueur d’onde peuvent varier.
Compléments
📐 Formule — L’impédance acoustique d’un milieu vérifie Z=ρc.
💡 Astuce mémo
Impédances différentes → réflexion et transmission de l’onde à l’interface
📊 Tableaux de synthèse
Relations entre grandeurs électriques
Grandeur
Relation
Dépend de
Champ électrique
Fe=qE
Force et charge test
Potentiel électrique
E=−dV/dr
Champ et variation spatiale
Énergie potentielle
Ep=qV
Potentiel et charge test
Écoulements en série et en parallèle
Grandeur
Série
Parallèle
Débit
Q1 = Q2 = Q3
Qtot = Q1 + Q2 + …
Perte de charge
Les pertes s’additionnent
Même perte dans chaque branche
Résistance équivalente
Req = ΣRi
1/Req = Σ(1/Ri)
Pon a prueba tus conocimientos
Pon a prueba tus conocimientos sobre Électricité, fluides et ondes con 68 preguntas de opción múltiple con correcciones detalladas.
1. Que décrit la limite d’une fonction lorsque sa variable tend vers une valeur donnée ?
2. Que représente géométriquement la dérivée d’une fonction en un point ?