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La méthode d'Euler pour tracer la courbe représentative de la fonction exponentielle

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Énoncé
On souhaite tracer la courbe représentative de la fonction exponentielle en utilisant seulement sa définition : c'est l'unique fonction f définie et dérivable sur \mathbb{R} telle que f' = f et f(0) = 1.

Question préliminaire :
1. Soit h > 0. Rappeler la définition du nombre dérivé de la fonction f en x = a .

2. Expliquer alors pourquoi on peut écrire que « très près de a » (on dit au voisinage de a ) : f(a+h) \approx f(a)+h f^{\prime}(a).
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La méthode d'Euler pour tracer la courbe représentative de la fonction exponentielle
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Objectif
Construire point par point la courbe représentative de la fonction exponentielle sur l'intervalle [0 ; 1] à l'aide des segments représentant des fonctions affines en utilisant une des deux méthodes.
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Remarque

Le segment [\text{AB}] représente une fonction affine sur l'intervalle [0 ; 0\text{,}4] et est proche de la courbe représentant la fonction f telle que f(0)=1 et f'(0) = 1 avec h = 0{,}4.
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Méthode 1
GeoGebra

On choisit de partager l'intervalle [0 ; 1] en dix intervalles réguliers (appelés subdivision régulière).

1. a. Quel sera le pas h de la subdivision ?

b. En utilisant la définition de la fonction exponentielle et la question préliminaire 2. , donner une approximation affine de f(0{,}1).

c. Quelle est la valeur approximative de f'(0\text{,}1) ?

d. En déduire une approximation affine de f(0{,}2) .

Placeholder pour Tableur poru méthode d'EulerTableur poru méthode d'Euler
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2. Construire une feuille de tableur sur GeoGebra comme ci-dessus.
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GeoGebra

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3. Représenter le nuage de points associé à cette feuille de calculs et tracer une courbe approximative de la fonction exponentielle sur l'intervalle [0 ; 1].

4. Comment obtenir une courbe plus précise ? Faire des essais.
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Méthode 2
Python

On choisit de partager l'intervalle [0\, ; 1] en dix intervalles réguliers (appelés subdivision régulière).

1. a. Quel sera le pas h de la subdivision ?

b. En utilisant la définition de la fonction exponentielle et la question préliminaire 2., donner une approximation affine de f(0\text{,}1) .

c. Quelle est la valeur approximative de f'(0{,}1) ?

d. En déduire une approximation affine de f(0{,}2) .

2. Le programme ci-dessous donne une courbe approchant la représentation graphique de la fonction exponentielle sur l'intervalle [0 ; 1]. Où apparaît le nombre de subdivisions régulières ?

from matplotlib import pyplot as plt

n = 10
x = [] #liste des abscisses
y = [] #liste des ordonnées
x = x + [0]
y = y + [1]

for k in range(1, n + 1):
	a = float(x[k - 1]) + 1/n
  x = x + [a]
  b = (1 + 1/n)*float(y[k - 1])
  y = y + [b]
  # Affichage des points dans le repère
plt.clf()
plt.plot(x, y, marker='o', linestyle='-')
plt.show()

3. Expliquer le code des lignes 9 à 13.


4. Exécuter ce programme avec dix puis cent subdivisions et comparer le résultat avec la courbe de la fonction exponentielle.
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