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Mathématiques complémentaires (option) · Terminale

Modèles d'évolution : quiz de Terminale (maths complémentaires)

Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Un modèle d'évolution exponentiel traduit « la vitesse de variation est proportionnelle à la quantité » : y′=kyy' = ky, donc y(t)=y0ekty(t) = y_0 e^{kt}.
  • Si k>0k>0 la quantité croît, si k<0k<0 elle décroît ; le rapport y(t+h)/y(t)=ekhy(t+h)/y(t) = e^{kh} ne dépend pas de la valeur initiale.
  • Avec y′=ay+by' = ay + b (a≠0a \neq 0), les solutions sont y(t)=Ceat−bay(t) = Ce^{at} - \dfrac{b}{a} et la constante −ba-\dfrac{b}{a} est la solution d'équilibre.
  • Une croissance exponentielle ne peut pas durer indéfiniment pour une population réelle : un second modèle est alors nécessaire sur une longue période.

Avant de commencer

Ce quiz couvre les modèles d'évolution vus avec les équations différentielles du type y′=ayy' = ay et y′=ay+by' = ay + b. Tu y trouveras des calculs numériques (valeur à un instant donné, temps de doublement, limite), des questions de reconnaissance de solutions et quelques questions sur l'esprit de la modélisation : pourquoi choisit-on un modèle, et jusqu'où est-il valable ?

Les exercices de modélisation s'appuient sur des situations classiques de populations. Un TP d'IREM rappelle que Verhulst, mathématicien né en 1804 et mort en 1849, s'est intéressé à la façon dont des populations animales évoluent 1. Un problème d'IREM propose par ailleurs deux modèles pour une culture de bactéries : l'un pour les instants qui suivent l'ensemencement, l'autre pour une longue durée 2. Garde cette idée en tête : un modèle a un domaine de validité.

Quiz

16 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.

  1. Une population N(t)N(t) vérifie N′(t)=kN(t)N'(t) = kN(t) avec N(0)=N0N(0) = N_0. Quelle est l'expression de N(t)N(t) ?

  2. Une culture compte 500500 bactéries à l'instant t=0t=0 et suit le modèle N′(t)=0,2 N(t)N'(t) = 0{,}2\,N(t) (tt en heures). Combien de bactéries y a-t-il à t=5t = 5 h ? (arrondis à l'unité)

  3. Pour y′=kyy' = ky avec k<0k<0 et y(0)>0y(0) > 0, la quantité y(t)y(t) diminue au cours du temps.

  4. Une quantité suit y′=0,1 yy' = 0{,}1\,y avec y(0)>0y(0)>0. Au bout de combien de temps double-t-elle ? (arrondis au centième)

  5. Dans le problème d'IREM sur les bactéries, pourquoi un premier modèle exponentiel ne convient-il pas pour une longue durée ?

  6. On considère y′=−0,5 y+2y' = -0{,}5\,y + 2. Vers quelle valeur la solution tend-elle quand t→+∞t \to +\infty ?

  7. Pour a≠0a \neq 0, quelle est la forme générale des solutions de y′=ay+by' = ay + b ?

  8. Une quantité vérifie y′=0,3 yy' = 0{,}3\,y et y(0)=100y(0) = 100. Que vaut y(2)y(2) ? (arrondis au centième)

  9. Dans le modèle y′=kyy' = ky, le rapport y(t+h)y(t)\dfrac{y(t+h)}{y(t)} ne dépend pas de la valeur initiale y(0)y(0).

  10. Une substance radioactive suit y′=−0,02 yy' = -0{,}02\,y (temps en années). Quelle est sa demi-vie, c'est-à-dire le temps pour que la quantité soit divisée par 22 ? (arrondis au centième)

  11. Quelles fonctions sont solutions de l'équation y′=3yy' = 3y ?

    Plusieurs réponses possibles.

  12. Une population augmente de 5 %5\,\% à chaque unité de temps. On la modélise par y(t)=y0ekty(t) = y_0e^{kt} pour que y(1)=1,05 y0y(1) = 1{,}05\,y_0. Quelle valeur de kk faut-il prendre ? (arrondis à 10−410^{-4})

  13. Dans un des TP d'IREM, à propos de Verhulst (1804-1849), quel domaine d'étude est évoqué ?

  14. La fonction constante y(t)=−bay(t) = -\dfrac{b}{a} (avec a≠0a \neq 0) est une solution de y′=ay+by' = ay + b.

  15. Avec y′=−0,5 y+2y' = -0{,}5\,y + 2 et y(0)=1y(0) = 1, que vaut y(2)y(2) ? (arrondis au centième)

  16. Dans le problème d'IREM sur les bactéries, pour quels instants le premier modèle est-il prévu ?

Les questions qu'on se pose

Comment savoir si je dois utiliser $y' = ay$ ou $y' = ay + b$ ?

Regarde ce qui se passe quand la quantité vaut zéro. Si la variation est alors nulle, le modèle est y′=ayy' = ay : la variation est proportionnelle à la quantité. S'il existe un apport ou un prélèvement constant (un terme bb indépendant de yy), c'est y′=ay+by' = ay + b. Dans ce second cas, cherche d'abord la solution constante −ba-\dfrac{b}{a}, puis ajoute CeatCe^{at}.

Pourquoi un modèle exponentiel n'est-il valable que sur une période limitée ?

Parce qu'une population réelle ne peut pas grandir sans limite : un problème d'IREM sur des bactéries souligne qu'une croissance exponentielle perpétuelle n'est pas envisageable et qu'il faut donc un second modèle pour une longue période 2. En pratique, on utilise le modèle exponentiel pour les premiers instants, puis on change de modèle quand la croissance se heurte à des limites.

Qu'est-ce qui peut tomber dans un devoir sur ce thème ?

On te demande en général de résoudre une équation y′=ay+by' = ay + b avec une condition initiale, de calculer une valeur à un instant donné, de déterminer un temps de doublement ou une limite en +∞+\infty, puis d'interpréter le résultat dans le contexte. Pense à toujours écrire l'unité et à commenter le sens de la limite (valeur d'équilibre).

Sources

  1. BE dynamique populations TP 2 - Modèles d'évolution de populations et équations différentielles, IREM Limousin. Consulté le 6 novembre 2026.
  2. Équations différentielles - Ressources IREM Grenoble, IREM Grenoble-Alpes. Consulté le 6 novembre 2026.
  3. Théorie synthétique de l'évolution, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

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