Courbes paramétrées et polaires : exercices corrigés
12 exercices corrigés sur les courbes paramétrées et polaires : dy/dx, tangentes, longueur d'arc, changement de coordonnées, pentes et aires polaires.
Suites et séries Mis à jour Lecture : 4 min
En bref
- Exercices
- 12, avec réponses et solutions complètes
- Niveau
- Analyse 2 et AP Calculus BC, unité 9
- Prérequis
- La règle de dérivation en chaîne, les valeurs trigonométriques et les intégrales trigonométriques
- Idée principale
- En paramétrique : diviser les dérivées par rapport à t. En polaire : utiliser x = r\cos\theta, y = r\sin\theta
- S'entraîner avec de nouveaux nombres
- Leçon sur l'aire en coordonnées polaires
Sur cette page
Ces exercices sur les courbes paramétrées et polaires portent sur les pentes, les tangentes, les dérivées secondes et la longueur d'arc des courbes paramétrées, puis sur les changements de coordonnées, les pentes et les aires en coordonnées polaires. Cherchez chaque exercice d'abord. Les réponses viennent en premier, puis les solutions complètes.
Les formules clés :
Exercices
Courbes paramétrées
- Pour x = t^2, y = t^3, calculez \frac{dy}{dx} et sa valeur en t = 2.
- Déterminez la tangente à la courbe de l'exercice 1 en t = 2.
- Éliminez le paramètre : x = 2\cos t, y = 3\sin t.
- Pour x = t^2, y = t^3, calculez \frac{d^2y}{dx^2}.
- Déterminez les points où x = t^2 - 1, y = t^3 - 3t a une tangente horizontale.
- Calculez la longueur d'arc de x = t^2, y = \frac{2}{3}t^3 pour 0 \le t \le 1.
Coordonnées polaires
- Convertissez le point polaire (r, \theta) = \left(4, \frac{\pi}{3}\right) en coordonnées cartésiennes.
- Convertissez r = 4\sin\theta en équation cartésienne et décrivez la courbe.
- Calculez la pente \frac{dy}{dx} de r = 1 + \cos\theta en \theta = \frac{\pi}{2}.
Aires en coordonnées polaires
- Calculez l'aire intérieure à r = 2\cos\theta.
- Calculez l'aire d'un pétale de r = \cos(2\theta).
- Calculez l'aire intérieure à la cardioïde r = 1 + \cos\theta.
Réponses
| Exercice | Réponse |
|---|---|
| 1 | \frac{dy}{dx} = \frac{3t}{2} ; en t = 2, pente 3 |
| 2 | y = 3x - 4 |
| 3 | \frac{x^2}{4} + \frac{y^2}{9} = 1 |
| 4 | \frac{3}{4t} |
| 5 | (0, -2) et (0, 2) |
| 6 | \frac{2}{3}\left(2\sqrt{2} - 1\right) \approx 1.219 |
| 7 | \left(2, 2\sqrt{3}\right) |
| 8 | x^2 + (y - 2)^2 = 4, un cercle |
| 9 | 1 |
| 10 | \pi |
| 11 | \frac{\pi}{8} |
| 12 | \frac{3\pi}{2} |
Solutions détaillées
1. \frac{dx}{dt} = 2t et \frac{dy}{dt} = 3t^2 :
2. En t = 2, le point est (4, 8) et la pente vaut 3 : y - 8 = 3(x - 4), donc y = 3x - 4.
3. \cos t = \frac{x}{2} et \sin t = \frac{y}{3}. Utilisez \cos^2 t + \sin^2 t = 1 :
C'est une ellipse.
4. Dérivez \frac{dy}{dx} = \frac{3t}{2} par rapport à t pour obtenir \frac{3}{2}, puis divisez par \frac{dx}{dt} = 2t :
5. \frac{dy}{dt} = 3t^2 - 3 = 0 en t = \pm 1, et \frac{dx}{dt} = 2t \neq 0 en ces valeurs. En t = 1 : (0, -2). En t = -1 : (0, 2).
6. \frac{dx}{dt} = 2t et \frac{dy}{dt} = 2t^2, donc la vitesse vaut \sqrt{4t^2 + 4t^4} = 2t\sqrt{1 + t^2} pour t \ge 0. Avec u = 1 + t^2 :
7. x = 4\cos\frac{\pi}{3} = 2 et y = 4\sin\frac{\pi}{3} = 2\sqrt{3}.
8. Multipliez les deux membres par r : r^2 = 4r\sin\theta, donc x^2 + y^2 = 4y. Complétez le carré :
C'est un cercle de rayon 2 et de centre (0, 2).
9. Utilisez x = r\cos\theta, y = r\sin\theta avec r' = -\sin\theta. En \theta = \frac{\pi}{2} : r = 1 et r' = -1.
Donc \frac{dy}{dx} = \frac{-1}{-1} = 1.
10. Le cercle est parcouru une fois pour -\frac{\pi}{2} \le \theta \le \frac{\pi}{2} :
Cela correspond bien à un cercle de rayon 1.
11. Un pétale va de \theta = -\frac{\pi}{4} à \frac{\pi}{4}, où \cos 2\theta \ge 0. Utilisez \cos^2 2\theta = \frac{1 + \cos 4\theta}{2} :
12. Développez (1 + \cos\theta)^2 = 1 + 2\cos\theta + \cos^2\theta. Sur [0, 2\pi], les intégrales de ces termes valent 2\pi, 0 et \pi :
Erreurs fréquentes sur ces exercices
- Diviser les dérivées secondes. Dans l'exercice 4, \frac{d^2y/dt^2}{d^2x/dt^2} = \frac{6t}{2} = 3t est faux.
- Prendre \frac{dr}{d\theta} pour la pente. Dans l'exercice 9, r' = -1 mais la pente de la courbe vaut 1.
- Des bornes qui parcourent la courbe deux fois. r = 2\cos\theta sur [0, 2\pi] fait deux fois le tour et donne 2\pi.
- Oublier le \frac{1}{2}. L'aire en polaire vaut \frac{1}{2}\int r^2\,d\theta, et non \int r\,d\theta.
Continuer à s'entraîner
Pour des exercices illimités avec une correction immédiate, essayez la leçon sur les courbes paramétrées, la leçon sur la longueur d'arc en paramétrique, la leçon sur les pentes en polaire et la leçon sur l'aire en coordonnées polaires.
Entraîne-toi maintenant
Aire en coordonnées polaires
Résous de vrais problèmes sur ce thème avec une correction immédiate, des indices et une solution pas à pas pour chaque réponse. Gratuit, sans inscription pour commencer.
S'entraîner sur cette leçon