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Animations — Terminale

Ces animations illustrent les grandes notions de l'analyse en Terminale. Elles permettent de développer l'intuition géométrique indispensable pour maîtriser le calcul.


Dérivée — Tangente mobile et pente

Rappel fondamental : la dérivée \(f'(x_0)\) est la pente de la tangente à la courbe en \(x_0\). Cette notion est à la base de tout le calcul différentiel.

xy-2-1121234y = x²f'(x) = 2x = -4.00
animation dérivée tangente mobile pente courbe y=x²

Comment lire cette animation :

  1. La courbe \(f(x) = x^2\) est tracée.
  2. La tangente (en rouge) se déplace continûment sur la courbe.
  3. La valeur \(f'(x) = 2x\) est la pente de cette tangente — elle est affichée en temps réel.
  4. La tangente est horizontale quand \(f'(x) = 0\) (minimum en \(x=0\)).
  5. La tangente est de plus en plus inclinée quand \(|x|\) augmente.
Lien avec les extrema

Quand \(f'(x_0) = 0\), la tangente est horizontale → c'est un extremum local (si \(f'\) change de signe).


Intégrale — Sommes de Riemann

L'intégrale \(\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx\) représente l'aire algébrique entre la courbe et l'axe des \(x\). On peut l'approximer par des sommes de rectangles (sommes de Riemann) : plus les rectangles sont étroits, meilleure est l'approximation.

xy121234n = 4 rectanglesaire ≈ 3,75n = 8 rectanglesaire ≈ 3,19n = 16 rectanglesaire ≈ 2,92y = x²aire exacte :∫₀² x² dx = 8/3 ≈ 2,67Plus il y a de rectangles, plus on se rapproche de l’aire exacte.
Animation : sommes de Riemann, aire sous la courbe y = x² entre 0 et 2

Comment lire cette animation :

  1. Phase 1 (jaune) : 4 rectangles larges — aire totale \(3{,}75\), approximation grossière.
  2. Phase 2 (vert) : 8 rectangles — aire totale \(\approx 3{,}19\), approximation meilleure.
  3. Phase 3 (bleu) : 16 rectangles — aire totale \(\approx 2{,}92\), on se rapproche de l'aire exacte.
  4. Résultat exact : \(\displaystyle\int_0^2 x^2\,dx = \left[\frac{x^3}{3}\right]_0^2 = \frac{8}{3} \approx 2{,}67\).

Ici, les rectangles dépassent de la courbe : leur aire totale est donc toujours un peu trop grande, et l'écart diminue quand leur nombre augmente.

Définition

L'intégrale est la limite des sommes de Riemann quand le nombre de subdivisions tend vers \(+\infty\) (et la largeur tend vers \(0\)).


Calcul d'une intégrale — Pas à pas

En pratique, on ne compte pas des rectangles : on calcule une intégrale avec une primitive, grâce à la formule \(\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx = F(b)-F(a)\).

Exemple 1 sur 3Aire sous la courbe = 8/3 ≈ 2,67 u.a.xy01212345a = 0b = 2y = x²1. Fonction et bornes : f(x) = x², de a = 0 à b = 22. Une primitive : F(x) = x³/3, car F′(x) = x²3. Valeurs de F : F(2) = 8/3 et F(0) = 04. ∫₀² x² dx = F(2) − F(0) = 8/3 − 0 = 8/3 ≈ 2,67◀ PrécédentSuivant ▶Exemple suivant
Animation : calcul d’une intégrale pas à pas avec une primitive

Comment utiliser cette animation :

  1. Clique sur Suivant pour avancer à ton rythme, étape par étape.
  2. À la dernière étape, l'aire se remplit de \(a\) jusqu'à \(b\) : le nombre affiché est \(F(x)-F(a)\), et il arrive exactement sur la valeur de l'intégrale.
  3. Clique sur Exemple suivant pour voir la même méthode avec une autre fonction.
Astuce

Essaie de faire chaque étape de tête ou sur une feuille avant de cliquer sur Suivant.


Équation différentielle — La solution suit les pentes

Une équation différentielle comme \(y'=0{,}5y\) donne la pente de la courbe en chaque point. Si l'on connaît le point de départ \(y(0)\), il n'y a plus qu'une seule courbe possible : celle qui suit ces pentes.

Exemple 1/2xy01234−8−6−4−22468C = 1C = −11. L’équation y′ = 0,5y donne la pente en chaque point2. Point de départ : y(0) = 13. On avance en suivant les pentes : la courbe se trace4. y = Ce0,5x et y(0) = 1 donne C = 1, donc y = e0,5x5. Autre départ, y(0) = −1 : C = −1, donc y = −e0,5x◀ PrécédentSuivant ▶Exemple suivant
Animation : équation différentielle, la solution suit les pentes

Comment utiliser cette animation :

  1. Les petits segments gris montrent la pente en chaque point. Par exemple, pour \(y'=0{,}5y\), si \(y=4\) alors \(y'=2\).
  2. Le point de départ est la condition initiale \(y(0)\).
  3. La courbe se trace en suivant les pentes. Le segment rouge montre la pente au point où l'on se trouve, et les valeurs s'affichent en haut.
  4. La formule apparaît : c'est la même courbe, et \(C\) se déduit de \(y(0)\).
  5. Un autre point de départ donne une autre courbe, donc une autre valeur de \(C\).

Les deux exemples :

  • \(y'=0{,}5y\) : les solutions sont \(y=Ce^{0{,}5x}\). Elles s'éloignent de plus en plus de l'axe des abscisses.
  • \(y'=-y+3\) : les solutions sont \(y=3+Ce^{-x}\). Elles se rapprochent toutes de \(y=3\), l'équilibre : c'est ce qui se passe quand un café refroidit jusqu'à la température de la pièce.
À retenir

L'équation donne la pente, la condition initiale choisit la courbe.


Limite — Convergence vers une valeur

La notion de limite est au cœur de l'analyse. L'animation montre \(f(x) = \dfrac{x^2-1}{x-1}\) qui n'est pas définie en \(x=1\), mais dont la limite vaut \(2\) quand \(x \to 1\).

xy12123L=2f(x) = (x²−1)/(x−1) → lim = 2 (x→1)x = 0.2000f(x) = 1.2000
animation limite convergence fonction approchant valeur indétermination

Comment lire cette animation :

  1. La courbe représente \(f(x) = \dfrac{x^2-1}{x-1} = x+1\) (simplifié, sauf en \(x=1\)).
  2. Le cercle vide en \((1,2)\) indique que \(f(1)\) n'est pas définie (forme \(\frac{0}{0}\)).
  3. Le point rouge s'approche de \(x=1\) depuis la gauche.
  4. On observe que \(f(x)\) tend vers \(2\) même si \(f(1)\) n'existe pas.
Levée d'indétermination

\(\dfrac{x^2-1}{x-1} = \dfrac{(x-1)(x+1)}{x-1} = x+1\) pour \(x \neq 1\). Donc \(\displaystyle\lim_{x\to 1} f(x) = 2\).


Cercle trigonométrique — Rappel et approfondissement

En Terminale, les fonctions \(\cos\) et \(\sin\) sont essentielles (probabilités, intégrales, équations différentielles). Le cercle trigonométrique reste l'outil de référence.

1-11-1xyOcos(θ) = 1.00sin(θ) = 0.00M(cosθ, sinθ)
animation cercle trigonométrique point tournant cosinus sinus

Comment lire cette animation :

  1. Le point \(M(\cos\theta, \sin\theta)\) tourne en sens trigonométrique (anti-horaire).
  2. La projection horizontale (en vert) = \(\cos(\theta)\) — varie entre \(-1\) et \(1\).
  3. La projection verticale (en rouge) = \(\sin(\theta)\) — varie entre \(-1\) et \(1\).
Relations fondamentales

\(\cos^2\theta + \sin^2\theta = 1\) (cercle unité). Valeurs remarquables : \(\cos(\pi/3) = 1/2\), \(\sin(\pi/3) = \sqrt{3}/2\), \(\cos(\pi/4) = \sin(\pi/4) = \sqrt{2}/2\).