http://alexandre.boisseau.free.fr/Prive/WWW/MathsPCet/td_fcnsvect.pdf
TD 12 : Fonctions à valeurs vectorielles
Étude d’arcs paramétrés plans
Exercice 1 (Entraînement).On considère la fonction vectorielle f:t7→(x(t), y(t)) avec
½x(t)=sin(t/2)
y(t)=tant
Représenter l’arc paramétré correspondant (indication : comparer les points de paramètres tet
t+2π). Déterminer une équation des tangentes à l’origine puis déterminer l’angle entre les deux
tangentes à l’origine.
Exercice 2.On considère la fonction vectorielle f:t7→(x(t), y(t)) avec
½x(t)=t2+t1
y(t)=t2+1
Représenter l’arc paramétré correspondant. Indication : pour t6= 0, déterminer la limite de y(t)
x(t)1 lorsque t→ ±∞ et donner une interprétation géométrique.
Exercice 3 (Courbe de Lissajous).On considère la fonction vectorielle f:t7→(x(t), y(t)) avec
½x(t)=cos(3t)
y(t)=sin(2t)
Représenter l’arc paramétré correspondant (indication : comparer les points de paramètres tet
t+π). Déterminer une équation des tangentes à l’origine puis déterminer l’angle entre les deux
tangentes à l’origine.
Exercice 4 (Astroïde).On considère la fonction vectorielle f:t7→(x(t), y(t)) avec
½x(t)=cos3t
y(t)=sin3t
Représenter l’arc paramétré correspondant. Indications : comparer les points de paramètres tet
t+πpuis, pour t6= 0, déterminer le coefficient directeur de la droite (M(0)M(t)) ainsi que sa limite
lorsque t0 et donner une interprétation géométrique.
Exercice 5 (Épicycloïde à deux points de rebroussement ou néphroïde).On considère la fonction
vectorielle f:t7→(x(t), y(t)) avec
½x(t)=3costcos(3t)
y(t)=3sintsin(3t)
Représenter l’arc paramétré correspondant. Indication : comparer les points de paramètres tet t+
πpuis, pour t6= 0, déterminer le coefficient directeur de la droite (M(0)M(t)) ainsi que sa limite
lorsque t0 et donner une interprétation géométrique.
Construction d’arcs paramétrés plans
Exercice 6.On considère la courbe Γde composantes x(t)=t,y(t)=t2. On note z(t) l’affixe d’un
point M(t) de cette courbe. Pour z(t)6= 0, on note P(t) le point d’affixe 1/z(t). Tracer la courbe
décrite par P(t).
Exercice 7 (Oral Centrale,PSI,2005).Soit
f:zC\{1} 1
(1z)2
Déterminer l’image par fde la droite d’équation Rez=2.
Arcs paramétrés dans R3
Exercice 8.Soient h,rR+∗. On considère la fonction vectorielle f:t7→(x(t), y(t), z(t)) avec :
x(t)=rcost
y(t)=rsint
z(t)=ht
(a) Représenter graphiquement la projection orthogonale de l’arc paramétré associé à fsur les
plans (Oxy), (Oxz) et (Oyz).
(b) Déterminer un vecteur directeur #
u(t) de la tangente en tout point de l’arc paramétré. Démon-
trer que l’angle (non orienté) entre #
u(t) et #
k=(0,0,1) est constant.
Systèmes d’équations différentielles linéaires homogènes
Exercice 9.
(a) Résoudre le système d’équations différentielles :
x00 =x
y00 =x+yz
z00 =x+2y2z
Avec les conditions initiales :
x(0) =1x0(0) =1
y(0) =0y0(0) =2
z(0) =1z0(0) =2
(b) Représenter graphiquement la trajectoire obtenue dans le nouveau système d’axes.
Modélisation
Exercice de modélisation (Étude d’un mouvement).On étudie le déplacement d’un point matériel
M. On note M(t) sa position à l’instant t,#
v(t) sa vitesse et #
a(t) son accélération. On suppose que
le mouvement se fait de sorte que #
a(t) est toujours colinéaire à #
OM(t). Montrer que le mouvement
s’effectue dans un plan. Indication : on pourra considérer l’application #
f:t7→
#
OM(t)
#
v(t) et
ajouter éventuellement des conditions pertinentes sur le point M. Rappel : le produit vectoriel est
bilinéaire.
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