Mathématiques Terminale Spécialité

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Chapitre 11
TP INFO 2

Approximation de \mathrm{e} par la formule de Taylor

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Énoncé
Brook Taylor, mathématicien anglais du début du XVIIIe siècle, a joué un grand rôle dans la recherche sur le calcul intégral. On lui doit la formule de Taylor avec reste intégral qui donne, en l'appliquant à la fonction exponentielle : \mathrm{e}^{x}=\mathop{\sum}\limits_{k=0}\limits^{n} \frac{x^{k}}{k !}+\displaystyle\int_{0}^{x} \frac{(x-t)^{n} \mathrm{e}^{t}}{n !} \mathrm{d} t, où x est un réel différent de 0, n est un entier naturel et n !=1 \times 2 \times \ldots \times n (par convention 0! = 1). On admet que \mathrm{E}_{n}(x)=\mathop{\sum}\limits_{k=0}\limits^{n} \frac{x^{k}}{k !} est une valeur approchée de \mathrm{e}^x lorsque n est suffisamment grand. Question préliminaire :

Écrire la formule de Taylor avec reste intégral pour n=1, puis n=2 et enfin n=3.
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Objectif
Obtenir des valeurs approchées de \mathbf{e} en utilisant une des trois méthodes.
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Méthode 1
Tableur

1. Reproduire la feuille de calcul suivante.

Placeholder pour Approximation de e par la formule de TaylorApproximation de e par la formule de Taylor
Le zoom est accessible dans la version Premium.
2. a. Comment obtenir la valeur affichée en B5 ?

b. Quelle formule faut‑il écrire en C5 pour obtenir \mathrm{E}_0 ?

3. a. Quelle formule à étirer faut‑il écrire en C6 pour obtenir \mathrm{E}_1 ?

b. Jusqu'à quelle ligne doit‑on étirer les formules pour obtenir une valeur approchée de \mathrm{e} à 10^{-4} près.

4. a. Obtenir une valeur approchée de \mathrm{e}^3 à 10^{-4} près.
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Méthode 2
Python

On considère l'algorithme suivant.

\boxed{ \begin{array} { l } \text {Fonction Exp(x, n) :}\\ \quad {\mathrm{E}} \leftarrow {1} \\ \quad \quad \text {Pour } k \text { allant de … à …} \\ \quad \quad \quad {\mathrm{E}} \leftarrow … \\ \quad \quad \text {Fin Pour } \\ \quad \text {Retourner } \mathrm{E}\\ \text {Fonction} \\ \end{array} }
1. a. Déterminer par le calcul la valeur de \mathrm{E}_0.

b. Expliquer la 2e ligne de cet algorithme, puis le compléter afin d'obtenir \mathrm{E}_{n}(x) pour des valeurs de n et x données.

2. Programmer et tester cet algorithme avec Python pour obtenir une valeur approchée de \mathrm{e} avec n=10.
En déduire une valeur approchée de \mathrm{e} à 10^{-4} près.



3. Obtenir une valeur approchée de \mathrm{e}^3 à 10^{-4} près.
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Méthode 3
Calculatrice

1. a. À l'aide d'une calculatrice, calculer \displaystyle\int_{0}^{1} \frac{(1-t)^{n} \mathrm{e}^{t}}{n !} \mathrm{d} t pour n=1, puis n=2 et enfin n=3.

b. En déduire des valeurs approchées de \mathrm{e} à 10^{-4} près.

2. De la même manière, obtenir une valeur approchée de \mathrm{e}^3 à 10^{-4} près.
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