Adloun

mathématiques complémentaires (terminale) · Chapitre 14 · Exercice de TD

Ce que coûte une décimale

Thème 4 — Calculs d'aires · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Ce que coûte une décimale.

On veut comparer les trois algorithmes du chapitre 7 sur un cas où l'on connaît la réponse :

  • Exécuter les trois méthodes pour , , , évaluations et dresser le tableau des erreurs.
  • Identifier, pour chacune, comment l'erreur dépend de .
  • Combien d'évaluations faudrait-il, avec chacune, pour six décimales exactes ?

Corrigé

  • Programme et résultats.

from math import log
from random import random, seed

f = lambda x: 1 / x

def rectangles_gauche(a, b, n):
    h = (b - a) / n
    return h * sum(f(a + k * h) for k in range(n))

def trapezes(a, b, n):
    h = (b - a) / n
    return h * (sum(f(a + k * h) for k in range(n + 1)) - (f(a) + f(b)) / 2)

def monte_carlo(n):
    """Le rectangle [1;2] x [0;1] a pour aire 1 : la frequence EST l'estimation."""
    dedans = 0
    for _ in range(n):
        x = 1 + random()
        y = random()
        if y <= f(x):
            dedans = dedans + 1
    return dedans / n

for n in [10, 100, 1000, 10000]:
    seed(2026)
    print(n, round(rectangles_gauche(1, 2, n), 6),
             round(trapezes(1, 2, n), 6), round(monte_carlo(n), 4))

```text

10 0.718771 0.693771 0.6 100 0.695653 0.693153 0.67 1000 0.693397 0.693147 0.703 10000 0.693172 0.693147 0.6966 ```

(erreurs en valeur absolue)

  • Trois lois.
  • Rectangles : l'erreur est divisée par quand est multiplié par . Elle est proportionnelle à — ce que confirme la formule exacte de l'écart entre les sommes de gauche et de droite, .
  • Trapèzes : l'erreur est divisée par ; elle est proportionnelle à .
  • Monte-Carlo : l'erreur ne décroît pas régulièrement — elle fluctue, puisqu'elle dépend du tirage. Ce qui décroît, c'est son écart type, avec , soit pour , pour : proportionnel à .
  • Le prix de six décimales (erreur inférieure à ) :
  • trapèzes : donne ; le calcul confirme ;
  • rectangles : donne , soit fois plus ;
  • Monte-Carlo : donne . Autrement dit : jamais.

Trois cent cinquante-quatre trapèzes contre mille milliards de tirages au sort : voilà pourquoi on n'emploie Monte-Carlo que là où les deux autres méthodes ne s'appliquent pas — domaines compliqués, dimensions élevées, contours mesurés et non calculés, comme l'étang du début de ce thème.

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