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Programme de mathématiques MP, MPI

Calcul différentiel et optimisation

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268 exercices
Texte officiel du programme

En première année, l’étudiant a rencontré les dérivées partielles d’une fonction numérique définie sur un ouvert de $\mathbb{R}^2$.

Les objectifs de cette section sont les suivants :

  • généraliser et approfondir cette étude, en présentant les notions fondamentales de calcul différentiel dans le cadre des espaces vectoriels normés de dimension finie sur $\mathbb{R}$ ;
  • donner une introduction à la thématique de l’optimisation, en lien avec le théorème des bornes atteintes du cours de topologie.

On souligne le caractère géométrique des notions. En particulier, on exploite la possibilité de se ramener, pour un certain nombre de questions, à des fonctions d’une variable réelle, à travers l’utilisation de la formule donnant la dérivée d’une fonction le long d’un arc et la notion de vecteur tangent à une partie en un point.

Les fonctions considérées dans cette section sont définies sur un ouvert d’un $\mathbb{R}$-espace vectoriel normé $E$ de dimension finie et à valeurs dans un $\mathbb{R}$-espace vectoriel normé $F$ de dimension finie.

Le choix d’une base de l’espace d’arrivée permet de se ramener au cas des fonctions à valeurs réelles.

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1838

Chercher les extrémums sur \({\Rr}^{2}\) des applications : ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1839

Soit \(f\) une fonction réelle de classe \({\cal C}^2\) sur un ouvert ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1842

Soit \(f : \Rr ^2\rightarrow \Rr\) l’application \((x,y) \mapsto 6xy+(y-x)^3.\) ...

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié

exo7 1844

On pose \(\Omega=\R^2\setminus \{(0,0)\}\).

Soit \(f:\R^2\rightarrow\R\) l ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1845

Résoudre à l’aide des coordonnées polaires l’équation aux dérivées partielles : ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1848

Résoudre en utilisant le changement de variable \(x=u,y=uv\) l’équation aux dérivées partielles suivante : ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1849

Soit \(f:{\Rr}^{2}\rightarrow {\Rr}\) une application \(C^{1 }\) homogène de degr ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1850

Soit \(f : \Rr^3 \rightarrow \Rr\) dérivable. On pose ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1852

On cherche les fonctions \(f:\R^2\rightarrow \R\) telles que: ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1854

Soient \(U=\{(x,y)\in \R^2,\, x>0\}\) et ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1855

Soit \(D=\{(x,y)\in \R^2,\, x>0\}\). On cherche les fonctions ...

L3 Equation différentielle Equation aux dérivées partielles

exo7 1857

Soient \(f:\R^n \to \R\) et \(g:\R^n \to \R\) deux fonctions différentiables. En ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1862

Soit \(f:{\Rr}^{2}\rightarrow {\Rr}\) une application \(C^{1 }\) sur un ouvert co ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1863

Soit \(f:\R^n\to \R\) une application différentiable. Montrez que si ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2075

Soit le champ de vecteurs \({\vec{V}}: {\Rr^3} \to {\Rr^3}\), ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2079

Soit \(U = \left\{ (x, y, z) \in \Rr^3 / z>0\right\}\) et ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2482

Calculer \[\oint_\Gamma (2xy^2+\sin z)\,dx + 2x^2y\,dy + x\cos z \,dz\] le long de la courbe ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2484

Soit \({\bf U} = (e^x + y^2, -ye^x, x^2+y^2)\) ; calculer \(\div {\bf U}\) et en ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2486

Déduire de la formule générale de Stokes la formule de Green en deux dimensions : si \(\Omega\subset \R^2\) de bor ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2488

Soit \(C\) le bord du carré \([-1,1]\times[-1,1]\). Calculer ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2490

Soit \(C\) une courbe fermée du plan enclosant une aire \(S\), et ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2491

Déduire de la formule générale de Stokes la formule de Green en trois

dimensions : si \(V\) est un volume d ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2492

Sous les conditions de la formule de Green, montrer les identités suivantes, où \({\bf U}\) est un champ de vecteu ...

L2 Géométrie Analyse vectorielle

exo7 2493

Soit \({\bf U} = (x/r^3, y/r^3, z/r^3)\) ; calculer directement ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2503

Soit \(f\) une application \(f\) de \(E\) dans ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2504

Soit \(f\) une application de \(E\) dans \(F\) e ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2505

Soit \(g:{\Rr}\to{\Rr}\) une application de classe \(C^2\) et ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2506

Soit \(E^n\) l’espace des polynômes de degré \(\leq n\). Etudier la différentiabi ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2507

Soit \(f\) une application différentiable de \(\Rr^2\) dans lui-même, propre (i.e ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2508

Soit, dans \({\Rr^n}\), \(F\) un sous-espace fermé, et soit ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2510

Soit \(\alpha >0\). Étudier la différientiabilité à l’origine de l’application ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2511

Soit \(f:\Rr ^2 \to \Rr\) définie par ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2512

Soit \(X= {\cal C} ([0,1])\) muni de la norme uniforme et soit \(f\) une applicat ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2513

Soit \({\cal F}\) l’algèbre des matrices carrés \(p\times p\) munie d’une norme. ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2514

Que peut-on dire de la différentiabilité de l’application \(f:\Rr^2 \to \Rr\) définie par ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2516

Dans un espace normé \(({\cal F} , N)\), on considére l’application ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2517

Soit \({\cal E}\) un espace vectoriel réel muni d’un produit scalaire ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2522

Soit \(f\) une application différentiable de \(]a,b[\subset\Rr\) dans ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2526

Soit \(\Omega\) un ouvert convexe de \(\Rr^n\) et ...

L3 Calcul différentiel Différentielle d'ordre supérieur, formule de Taylor solution

exo7 2553

Calculez \(D^2f(x)\) dans les cas suivants:

L3 Calcul différentiel Différentielle d'ordre supérieur, formule de Taylor solution

exo7 2554

Etudier les extrémas locaux et globaux des fonctions suivantes:

L3 Calcul différentiel Différentielle d'ordre supérieur, formule de Taylor

exo7 2556

Déterminez le parallélipipède rectangle de volume \(V\) donné dont la surface totale est minimale.

L3 Equation différentielle Solution maximale

exo7 2562

On considère l’équation \(xx''=(x')^2+1\) sur \(\mathbb{R}\).

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2623

Soit \(f\) la fonction sur \(\R^2\) définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2624

Soit \(f:\R^2\rightarrow \R\) la fonction définie par \(f(x,y)=(x^2+y^2)^x\) pour ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2625

Soit \(f\colon \R^2\rightarrow \R\) la fonction définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2626

Soit \(f\colon\R^3 \rightarrow \R\) une fonction de classe \(C^1\) et soit ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2627

On considère les fonctions \(f\colon \R^2\longrightarrow \R^3\) et ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2628

Trouver l’équation du plan tangent pour chaque surface ci-dessous, au point \((x_0,y_0,z_0)\) donné:

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2632

Soit \(f\) la fonction définie sur \(\R^2\) par ...