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The diagram shows the graph of y = A sin(Bx + C) + D. Use the diagram to determine the values of A, B, C and D.

Mathematics

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Step-by-step solution

12 steps

Voici la résolution des exercices.

EXERCICE AVEC GRAPHE

Part a· 1 step

Déterminer la période T.

  1. Observer le graphique pour identifier un cycle complet.

    Le graphique montre une fonction périodique. Un cycle complet commence à t=0t=0, monte, descend et revient à sa position initiale en t=4t=4.
    La période est la durée d'un cycle complet.

    T=4T = \boxed{4}

Part b· 1 step

Déterminer l'amplitude A.

  1. Identifier les valeurs maximale et minimale de la fonction.

    La valeur maximale de la fonction est 1 et la valeur minimale est −1-1.
    L'amplitude est la moitié de la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale, ou la valeur absolue du maximum (si la fonction est centrée sur 0).

    A=1−(−1)2=22=1A = \frac{1 - (-1)}{2} = \frac{2}{2} = 1 A=1A = \boxed{1}

Part c· 3 steps

Déterminer la phase à l'origine ϕ\phi.

  1. Déterminer la pulsation ω\omega.

    La pulsation est donnée par ω=2πT\omega = \frac{2\pi}{T}.

    ω=2π4=π2\omega = \frac{2\pi}{4} = \frac{\pi}{2}
  2. Utiliser la condition initiale y(0)y(0).

    La fonction est de la forme y(t)=Asin⁡(ωt+ϕ)y(t) = A \sin(\omega t + \phi).
    On sait que y(0)=0y(0) = 0.

    1sin⁡(π2(0)+ϕ)=01 \sin\left(\frac{\pi}{2}(0) + \phi\right) = 0 sin⁡(ϕ)=0\sin(\phi) = 0

    Cela implique ϕ=kπ\phi = k\pi pour un entier kk.

  3. Utiliser la pente à l'origine.

    À t=0t=0, la fonction est croissante. La dérivée y′(t)=Aωcos⁡(ωt+ϕ)y'(t) = A\omega \cos(\omega t + \phi).

    y′(0)=1×π2cos⁡(ϕ)=π2cos⁡(ϕ)y'(0) = 1 \times \frac{\pi}{2} \cos(\phi) = \frac{\pi}{2} \cos(\phi)

    Puisque la fonction est croissante à t=0t=0, y′(0)>0y'(0) > 0, donc cos⁡(ϕ)>0\cos(\phi) > 0.
    La seule valeur de ϕ\phi qui satisfait sin⁡(ϕ)=0\sin(\phi)=0 et cos⁡(ϕ)>0\cos(\phi)>0 est ϕ=0\phi=0 (ou 2kπ2k\pi).

    ϕ=0\phi = \boxed{0}

Part d· 7 steps

Écrire l'équation de la fonction sous la forme y=Asin⁡(ωt+ϕ)y = A \sin(\omega t + \phi).

  1. Substituer les valeurs trouvées.

    y(t)=1sin⁡(π2t+0)y(t) = 1 \sin\left(\frac{\pi}{2} t + 0\right) y(t)=sin⁡(π2t)y(t) = \boxed{\sin\left(\frac{\pi}{2} t\right)}

    EXERCICE SUR LA FONCTION f(x)=(ax+b)e−xf(x) = (ax+b)e^{-x}

    On considère la fonction ff définie par f(x)=(ax+b)e−xf(x) = (ax+b)e^{-x}.

    1. Calculer f′(x)f'(x).
  2. Appliquer la règle de dérivation d'un produit (uv)′=u′v+uv′(uv)' = u'v + uv'.

    Soit $u(x) = ax+b$ et $v(x) = e^{-x}$.  
    Alors $u'(x) = a$ et $v'(x) = -e^{-x}$.
    $$
    f'(x) = a e^{-x} + (ax+b)(-e^{-x})
    $$
    $$
    f'(x) = e^{-x}(a - (ax+b))
    $$
    $$
    f'(x) = e^{-x}(a - ax - b)
    $$
    $$
    f'(x) = \boxed{(-ax + a - b)e^{-x}}
    $$
    

    2. Déterminer aa et bb pour que la courbe de ff passe par le point A(0,1)A(0,1) et admette une tangente horizontale en AA.

  3. Utiliser la condition que la courbe passe par A(0,1)A(0,1).

    Cela signifie $f(0) = 1$.
    $$
    f(0) = (a(0)+b)e^{-0} = b \times 1 = b
    $$
    Donc $b = 1$.
    
  4. Utiliser la condition que la tangente est horizontale en A(0,1)A(0,1).

    Cela signifie que la dérivée en $x=0$ est nulle, c'est-à-dire $f'(0) = 0$.  
    En utilisant l'expression de $f'(x)$ et $b=1$:
    $$
    f'(0) = (-a(0) + a - b)e^{-0} = (a - b) \times 1 = a - b
    $$
    Donc $a - b = 0$.  
    Puisque $b=1$, on a $a - 1 = 0$, ce qui donne $a = 1$.  
    Les valeurs de $a$ et $b$ sont :
    $$
    a = \boxed{1}
    $$
    $$
    b = \boxed{1}
    $$
    

    3. Montrer que ff est solution de l'équation différentielle y′′+2y′+y=0y'' + 2y' + y = 0.

  5. Déterminer f(x)f(x), f′(x)f'(x) et f′′(x)f''(x) avec a=1a=1 et b=1b=1.

    $$
    f(x) = (x+1)e^{-x}
    $$
    $$
    f'(x) = (-1x + 1 - 1)e^{-x} = -xe^{-x}
    $$
    
  6. Calculer f′′(x)f''(x).

    Appliquer la règle de dérivation d'un produit à $f'(x) = -xe^{-x}$.  
    Soit $u(x) = -x$ et $v(x) = e^{-x}$.  
    Alors $u'(x) = -1$ et $v'(x) = -e^{-x}$.
    $$
    f''(x) = (-1)e^{-x} + (-x)(-e^{-x})
    $$
    $$
    f''(x) = -e^{-x} + xe^{-x}
    $$
    $$
    f''(x) = (x-1)e^{-x}
    $$
    
  7. Substituer f(x)f(x), f′(x)f'(x) et f′′(x)f''(x) dans l'équation différentielle y′′+2y′+y=0y'' + 2y' + y = 0.

    $$
    (x-1)e^{-x} + 2(-xe^{-x}) + (x+1)e^{-x}
    $$
    Factoriser $e^{-x}$ :
    $$
    e^{-x}((x-1) - 2x + (x+1))
    $$
    $$
    e^{-x}(x-1 - 2x + x+1)
    $$
    $$
    e^{-x}((x - 2x + x) + (-1 + 1))
    $$
    $$
    e^{-x}(0 + 0)
    $$
    $$
    0
    $$
    Puisque la substitution donne 0, $f(x)$ est bien une solution de l'équation différentielle $y'' + 2y' + y = 0$.
    
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