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 » : , donc .
- Si la quantité croît, si elle décroît ; le rapport ne dépend pas de la valeur initiale.
- Avec (), les solutions sont et la constante 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 et . 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.
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Les solutions de sont et la condition donne . La réponse est tentante parce qu'elle décrit une croissance linéaire (variation constante), alors que l'équation dit que la variation est proportionnelle à . Les deux autres inversent le rôle de et de .
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On a donc . L'erreur classique est de calculer ou : la première est un raisonnement linéaire, la seconde un facteur par heure qui ne correspond pas à .
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Vrai : et, pour , l'exponentielle est décroissante, donc décroît en restant positive et tend vers . Dire « Faux » reviendrait à croire qu'un négatif fait passer la quantité en négatif, ce qui n'arrive pas puisque .
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On cherche tel que , soit . Le résultat ne dépend pas de . L'erreur tentante est de répondre en pensant que donne le doublement : c'est le temps pour multiplier par , pas par .
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Le texte explique qu'une croissance exponentielle sans limite n'est pas réaliste pour ces bactéries, d'où le besoin d'un second modèle sur une longue période 2. L'équation a bien des solutions ; c'est son réalisme à long terme qui pose problème, pas son existence.
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Les solutions sont , car . Comme , le terme tend vers et tend vers . Répondre revient à oublier de diviser par ; répondre revient à ignorer le second membre constant.
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La fonction constante est solution particulière : sa dérivée est nulle et . On y ajoute les solutions de , d'où . Avec , on trouverait , qui n'est pas nul dès que : le signe est donc faux.
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. Si tu as trouvé , tu as calculé : c'est un modèle linéaire, pas exponentiel.
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Vrai : , et se simplifie. C'est ce qui permet de parler d'un temps de doublement unique pour une population, quelle que soit sa taille de départ. Penser le contraire vient de l'idée qu'une grande population « grandit plus vite » en proportion, ce qui est faux dans ce modèle (elle grandit plus vite en valeur absolue seulement).
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On résout , d'où . La réponse (qui vient de ) confond « diviser par » avec « perdre ». Retiens que la demi-vie se calcule toujours avec .
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Les solutions de sont exactement les , avec réel quelconque (positif ou négatif) : et conviennent. Pour , la dérivée vaut , qui diffère de . Pour , la dérivée vaut , mais : l'exposant doit contenir le coefficient .
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On impose , donc . Prendre est l'erreur fréquente : alors , soit une hausse de , légèrement supérieure à celle voulue.
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Le TP rappelle que Verhulst s'est penché sur la façon dont des populations d'animaux évoluent 1. Les autres propositions sont des domaines mathématiques réels mais sans rapport avec ce texte : ils servent ici de distracteurs.
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Vrai : une fonction constante a une dérivée nulle, et , donc les deux membres sont égaux. On l'appelle la solution d'équilibre. Penser qu'une solution constante est impossible pour une équation différentielle est une erreur : elle correspond au cas où .
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Les solutions sont . Avec , on a , donc . Alors . Si tu trouves environ , tu as pris en oubliant de retrancher la partie constante dans la condition initiale.
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L'énoncé propose un premier modèle pour les instants qui suivent l'ensemencement, et un second pour une longue période 2. Inverser les deux est l'erreur tentante : c'est justement le modèle exponentiel simple qui est limité aux débuts de la culture.
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 : la variation est proportionnelle à la quantité. S'il existe un apport ou un prélèvement constant (un terme indépendant de ), c'est . Dans ce second cas, cherche d'abord la solution constante , puis ajoute .
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 avec une condition initiale, de calculer une valeur à un instant donné, de déterminer un temps de doublement ou une limite en , 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
- BE dynamique populations TP 2 - Modèles d'évolution de populations et équations différentielles, IREM Limousin. Consulté le 6 novembre 2026.
- Équations différentielles - Ressources IREM Grenoble, IREM Grenoble-Alpes. Consulté le 6 novembre 2026.
- Théorie synthétique de l'évolution, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
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