Encadrer une solution par balayage
Exercice de TD · niveau 2 · mathématiques complémentaires (terminale), chapitre 4 — Compléments sur la dérivation
Énoncé
Encadrer une solution par balayage.
Un anesthésique s'élimine en deux phases, l'une rapide et l'autre lente :
- Montrer que est strictement décroissante.
- Justifier que l'équation a une solution et une seule.
- Écrire un balayage en Python et encadrer cette solution, d'abord au pas , puis au pas .
Corrigé
- Sens de variation : chaque terme est de la forme ,
C'est une somme de deux termes strictement négatifs : pour tout , donc est strictement décroissante.
- Existence et unicité : , et quand devient grand les deux exponentielles s'écrasent vers , donc aussi. La valeur est comprise entre ces deux extrémités, et est continue et strictement monotone : d'après le théorème des valeurs intermédiaires (admis), l'équation a exactement une solution.
- Balayage : la fonction étant décroissante, on avance tant que l'on est encore au-dessus du niveau visé.
from math import exp
def balayage_decroissant(f, k, debut, pas):
# f continue strictement decroissante, avec f(debut) > k.
# Renvoie un encadrement (x - pas, x) de la solution de f(x) = k.
x = debut
while f(x) > k:
x = x + pas
return (x - pas, x)
C = lambda t: 10 * exp(-0.3 * t) + 2 * exp(-0.05 * t)
print(balayage_decroissant(C, 3, 0, 0.5)) # (6.0, 6.5)
print([round(v, 2) for v in balayage_decroissant(C, 3, 6, 0.1)]) # [6.2, 6.3]
La concentration passe sous mg/L entre h et h après l'injection. On vérifie à la main : et .
Le second appel repart de , et non de : c'est le premier balayage qui a légitimé ce point de départ. Repartir d'un point choisi au hasard ferait perdre la garantie donnée par le tableau de variation. On notera aussi que les additions répétées de accumulent de minuscules erreurs d'arrondi — d'où le round à l'affichage.
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