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Cours : 6e année secondaire - 6 h > Chapitre 10
Leçon 9: Autres applications - Hors programme- Aire sous la courbe d'une fonction qui représente le taux de variation d'une grandeur
- Interpréter une intégrale définie comme la variation d'une grandeur
- Mouvement d'une particule et calcul intégral
- Mouvement d'une particule et calcul intégral
- Analyser des problèmes faisant intervenir des intégrales
- Analyser des problèmes faisant intervenir des intégrales
- Intégrale définie dans des cas concrets : Interprétation
- Problème impliquant des intégrales définies - Exemple
- Des exercices concrets mettant en jeu une intégrale - 2
- Applications de l'intégration (calculatrice graphique)
- Équations différentielles et fonction exponentielle
- Équations différentielles : problèmes de croissance ou de décroissance exponentielle
- Valeur moyenne d'une fonction 2
Analyser des problèmes faisant intervenir des intégrales
L'interprétation des intégrales définies comme la somme des variations d'une grandeur nous permet de résoudre différents problèmes concrets.
Les problèmes d'accumulation (ou somme de variations) sont des problèmes concrets dans lesquels le taux de variation instantané d'une quantité étant donné, il faut trouver la valeur de la quantité accumulée sur une période donnée. Nous résolvons ces problèmes en utilisant les intégrales définies. Voyons comment procéder.
Les problèmes relatifs à la somme des variations sont résolus à l'aide d'intégrales définies.
On vous donne la situation suivante :
La température d'une soupe mise à réchauffer augmente à un tauxdéfini par la fonction dégrés par minute (ou est le temps exprimé en minutes). À (au moment où on commence à réchauffer la soupe), la température de la soupe était de degrés.
Supposons qu'il vous est demandé de déterminer l'augmentation totale de la température entre et minutes. Comme la fonction modélise un taux de variation instantané d'une quantité, son intégrale sur un intervalle fini représente une somme des variations de la quantité. On additionne les variations de cette quantité sur un intervalle de temps donné.
Pour toute quantité dont le taux de variation instantané est , l'intégrale définie correspond à la variation totale de cette quantité entre et .
Donc, ici, l'augmentation totale de la température entre et minutes est déterminée par .
Supposons à présent qu'il vous est demandé de déterminer la température de la soupe au bout de cinq minutes ( ). On ne cherche plus à une variation mais la valeur observée de la température de la soupe au bout de minutes. Pas de problème ! Vous pouvez répondre à cette question à l'aide de l'intégrale définie, il ne vous manque que la valeur de la température de la soupe à , la valeur initiale.
Dans l'énoncé, il est dit que la température de la soupe avant de la réchauffer, à , était de degrés. Si on additionne cette valeur initiale et la variation de la température entre et , on obtient la température à :
En remplaçant par sa valeur calculée à l'étape précédente, on peut en déduire la température de la soupe à minutes : degrés. C'est chaud bouillant !
Erreur fréquente : utilisation inappropriée de la condition initiale
Il vous est parfois demandé de calculer la variation totale dans un intervalle de temps. D'autres fois, vous devez déterminer la valeur observée à un instant donné et dans ce cas seulement, vous devez prendre en compte la valeur intiale.
Une erreur fréquente est de prendre en compte la valeur initiale dans le calcul d'une somme de variations ou de ne pas la prendre en compte dans le calcul d'une valeur observée.
Erreur fréquente : utiliser la dérivée de la fonction au lieu de l'intégrale
Les problèmes d'application sont courants dans le calcul différentiel et intégral. Lorsqu'on nous donne un problème, nous devons décider si la solution implique des dérivées ou des intégrales. Une mauvaise décision se traduira bien sûr par une mauvaise réponse.
Les dérivées sont utilisées si une grandeur est modélisée par une fonction et que l'on doive déterminer son taux de variation instantané en un point : . Les intégrales sont utilisées si un taux de variation d'une grandeur est modélisé par une fonction et que l'on doive déterminer la valeur observée de la grandeur à un instant donné, ou la somme des variations entre deux valeurs et : .
Ce qui est donné | Ce qui est cherché | Ce qu'il faut utiliser | |
---|---|---|---|
Calcul différentiel | Quantité | Taux | Dérivée |
Calcul intégral | Taux | Quantité (ou variation de la quantité) | Intégrale |
Erreur fréquente : mauvais choix de l'intervalle d'intégration
Comme vous venez de le voir, le choix de l'intervalle d'intégration correct est crucial pour obtenir la réponse exacte. Assurez-vous de ne pas choisir les mauvaises bornes, en particulier pour la borne initiale.
Pour vous entraîner, vous pouvez faire cet exercice.
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