Formulaire de premi` ere ann´ ee
1 Trigonom´ etrie
Nombres complexes de module 1
eiθ= cos(θ) + i sin(θ) eiθ0 = eiθ⇐⇒θ0 ≡θ[2π] eiθ = e−iθ U={z∈C/|z|= 1}={z∈C/ zz= 1}=
n
eiθ, θ ∈R o
Un={z∈C/ zn= 1}= n
ei2kπn , k∈
0, n−1o
(racinesn-i`emes de l’unit´e) eiθ×eiθ0 = ei(θ+θ0) eiθ
eiθ0 = ei(θ−θ0) eiθn
= ei(nθ) [cos(θ) + i sin(θ)]n= cos(nθ) + i sin(nθ) (Moivre)
cos(θ) = eiθ+ e−iθ
2 sin(θ) = eiθ−e−iθ
2i (Euler) 1 + eiθ= 2 cos
θ 2
eiθ2 1−eiθ =−2i sin θ
2
eiθ2 (angle de moiti´e) Siz=x+ iy=ρeiθ, ρ >0, alors on a :
x=ρcos(θ) y =ρsin(θ) ρ=p
x2+y2 θ=
arctan xy
si x >0 π+ arctan xy
si x <0 Relations fondamentales
∀θ∈R, |cos(θ)| ≤1 |sin(θ)| ≤1 cos2(θ) + sin2(θ) = 1
∀θ∈R\nπ
2 +kπ, k∈Z o
, tan(θ) = sin(θ)
cos(θ) 1 + tan2(θ) = 1 cos2(θ) Angles associ´es
cos(θ+ 2π) = cos(θ) sin(θ+ 2π) = sin(θ)
cos(θ+π) =−cos(θ) sin(θ+π) =−sin(θ) tan(θ+π) = tan(θ) cos(−θ) = cos(θ) sin(−θ) =−sin(θ) tan(−θ) =−tan(θ) cos(π−θ) =−cos(θ) sin(π−θ) = sin(θ) tan(π−θ) =−tan(θ) cos(π2 −θ) = sin(θ) sin(π2 −θ) = cos(θ) tan(π
2 −θ) = 1
tan(θ) = cotan (θ) cos(θ+π2) =−sin(θ) sin(θ+π2) = cos(θ) tan(θ+π
2) =− 1
tan(θ) =−cotan (θ)
Valeurs particuli`eres
θ 0 π/6 π/4 π/3 π/2 π cos(θ) 1
√3 2
√2 2
1
2 0 −1
sin(θ) 0 12
√ 2 2
√ 3
2 1 0
tan(θ) 0 √1
3 1 √
3 – 0
R´esolution d’´equations trigonom´etriques
cos(x) = cos(a)⇐⇒[(x=a+ 2kπ, k∈Z) ou (x=−a+ 2kπ, k ∈Z)]
sin(x) = sin(a)⇐⇒[(x=a+ 2kπ, k ∈Z) ou (x=π−a+ 2kπ, k∈Z)]
tan(x) = tan(a)⇐⇒(x=a+kπ, k∈Z)
Formules d’addition et de duplication
cos(θ+θ0) = cos(θ) cos(θ0)−sin(θ) sin(θ0) cos(θ−θ0) = cos(θ) cos(θ0) + sin(θ) sin(θ0) sin(θ+θ0) = sin(θ) cos(θ0) + cos(θ) sin(θ0) sin(θ−θ0) = sin(θ) cos(θ0)−cos(θ) sin(θ0) tan(θ+θ0) = tan(θ) + tan(θ0)
1−tan(θ) tan(θ0) tan(θ−θ0) = tan(θ)−tan(θ0) 1 + tan(θ) tan(θ0)
cos(2θ) = cos2(θ)−sin2(θ) = 2 cos2(θ)−1 = 1−2 sin2(θ) sin(2θ) = 2 sin(θ) cos(θ)
Formules de lin´earisation
cos(θ) cos(θ0) = 1 2
cos(θ+θ0) + cos(θ−θ0)
cos2(θ) = 1 + cos(2θ) 2 sin(θ) sin(θ0) = 1
2
cos(θ−θ0)−cos(θ+θ0)
sin2(θ) = 1−cos(2θ) 2 sin(θ) cos(θ0) = 1
2
sin(θ+θ0) + sin(θ−θ0)
2 Calcul alg´ ebrique
D´evelopper - factoriser
(a+b)3 =a3+ 3a2b+ 3ab2+b3 (a−b)3 =a3−3a2b+ 3ab2−b3 a3−b3= (a−b)(a2+ab+b2) a3+b3= (a+b)(a2−ab+b2) an−bn= (a−b)(an−1+an−2b+an−3b2+. . .+abn−2+bn−1)
Coefficients binomiaux
n! = 1×2× · · · ×n=
n
Y
k=1
k sin∈N∗ 0! = 1 (n+ 1)! = (n+ 1)×n!
n k
= n!
(n−k)!k! si 0≤k≤n
n k
= 0 si k <0 ouk > n
n 0
= n
n
= 1 n
1
= n
n−1
=n
n 2
= n
n−2
= n(n−1) 2
n k
= n
n−k
k n
k
=n n−1
k−1
n k
+ n
k+ 1
=
n+ 1 k+ 1
(Pascal)
Sommes finies usuelles
n
X
k=1
k= n(n+ 1) 2
n
X
k=1
k2 = n(n+ 1)(2n+ 1) 6
n
X
k=p
qk=
( n−p+ 1 si q= 1 qp1−qn−p+1
1−q
si q6= 1
(x+y)n=
n
X
k=0
n k
xkyn−k=
n
X
k=0
n k
xn−kyk (binˆome de Newton)
n
X
k=0
n k
= 2n
n
X
k=0
(−1)k n
k
= 0
Somme des termes cons´ecutifs d’une suite arithm´etique
n
X
k=p
uk= (n−p+ 1)×up+un
2 = (nombre de termes)×
premier terme + dernier terme 2
3 Suites et s´ eries num´ eriques
Suite arithm´etico-g´eom´etrique
∀n∈N, un+1=aun+b (1) o`u a6= 1 etb6= 0.
On cherche`tel que `=a`+b(2). Par diff´erence (1) - (2) : un+1−`=a(un−`).
(un−`)n∈N est g´eom´etrique de raisona et un−`= (u0−`)an.
Suite r´ecurrente lin´eaire d’ordre 2
∀n∈N, aun+2+bun+1+cun= 0 o`u (a, b, c)∈R3 avec a6= 0 etc6= 0.
Equation caract´´ eristique (e) : ar2+br+c= 0 d’inconnue r, de discriminant ∆ =b2−4ac.
1. Si ∆>0, (e) admet deux racines simples r´eellesr1 etr2.
La solution est de la forme :∀n∈N, un=Arn1 +Br2n o`u (A, B)∈R2. 2. Si ∆ = 0, (e) admet une racine double r´eeller0.
La solution est de la forme :∀n∈N, un= (An+B)rn0 o`u (A, B) ∈R2.
3. Si ∆<0, (e) admet deux racines complexes conjugu´eesr1 =ρeiθ, r2 =ρe−iθ, o`u ρ >0.
La solution est de la forme : ∀n∈N, un=ρn[Acos(nθ) +Bsin(nθ)] o`u (A, B) ∈R2.
S´eries usuelles
s´erie de Riemann: X
n≥1
1
nα CV ssi α >1 s´erie g´eom´etrique: sib6= 0, X
bqn CV ssi |q|<1
si |q|<1,
+∞
X
n=0
bqn= b
1−q (somme)
+∞
X
n=N+1
bqn= bqN+1
1−q (reste d’ordre N)
4 Fonctions de la variable r´ eelle
Fonctions exp,ln, puissances, racines n-i`emes
∀x∈]0,+∞[,∀y ∈R, y= ln(x)⇐⇒x= ey = exp (y) eln(x)=x ln(ey) =y
∀α∈R,∀x∈]0,+∞[, xα = eαln(x) 0α= 0 si α >0
∀n∈N∗,∀(x, y)∈[0,+∞[2, y=xn⇐⇒x= √n
y=yn1 √n
xn=x (√n
y)n=y e0 = 1 e1 = e ln(1) = 0 ln(e) = 1 x0= 1 x1 =x
∀(α, β)∈R2,∀(x, y)∈]0,+∞[2, ln(xy) = ln(x) + ln(y) ln
1 x
=−ln(x) ln x
y
= ln(x)−ln(y) ln (xα) =αln(x) xα+β =xαxβ x−α= 1
xα xα−β = xα
xβ (xα)β =xαβ (xy)α=xαyα eα+β = eαeβ e−α= 1
eα eα−β = eα
eβ (eα)β = eαβ
Fonctions ch etsh
∀x∈R, ch (x) = ex+ e−x
2 sh (x) = ex−e−x
2 ch2(x)−sh2(x) = 1
Fonctions coset arccos
∀x∈[0, π], ∀y∈[−1,1],
y= cos(x)⇐⇒x= arccos(y) arccos(cos(x)) =x cos(arccos(y)) =y
Fonctions sinet arcsin
∀x∈h
−π 2,π
2 i
,∀y∈[−1,1],
y= sin(x)⇐⇒x= arcsin(y) arcsin(sin(x)) =x sin(arcsin(y)) =y
Fonctions tanetarctan
∀x∈i
−π 2,π
2 h
,∀y∈R,
y= tan(x)⇐⇒x= arctan(y) arctan(tan(x)) =x tan(arctan(y)) =y
Croissances compar´ees
∀α, β, γ >0, lim
x→0+xα|ln(x)|β = 0 lim
x→−∞|x|αeβx= 0
x→+∞lim
[ln(x)]γ
xα = 0 lim
x→+∞
xα
eβx = 0 lim
x→+∞
[ln(x)]γ eβx = 0 qui s’´ecrit aussi : |ln(x)|β =
x→0+ o 1
xα
eβx =
x→−∞o 1
|x|α
[ln(x)]γ =
x→+∞o(xα) xα =
x→+∞o
eβx
[ln(x)]γ =
x→+∞o
eβx
Equivalents usuels´
ex−1 ∼
x→0ln(1 +x) ∼
x→0sin(x) ∼
x→0tan(x) ∼
x→0arcsin(x) ∼
x→0arctan(x) ∼
x→0sh (x) ∼
x→0x 1−cos(x) ∼
x→0ch (x)−1 ∼
x→0
x2
2 ln(x) ∼
x→1x−1, (1 +x)α−1 ∼
x→0αx,α∈R∗ Sian, ap 6= 0 etp < n, anxn+. . .+apxp ∼
x→0apxp anxn+. . .+apxp ∼
x→±∞anxn
D´eriv´ees usuelles
f(x) f0(x) d´erivable,C1, . . . ,C∞sur
λ∈R 0 R
ex ex R
ln(x) 1
x R∗+
xα αxα−1
R si α∈N R∗+ouR∗− si α∈Z∗−
R∗+ si α∈R\{Z}
ch (x) sh (x) R
sh (x) ch (x) R
cos(x) −sin(x) R
sin(x) cos(x) R
tan(x) 1 + tan2(x) = 1 cos2(x)
i−π
2 +kπ,π 2 +kπh
, k ∈Z
arccos(x) −1
√
1−x2 ]−1,1[
arcsin(x) 1
√
1−x2 ]−1,1[
arctan(x) 1
1 +x2 R
Op´eration sur les d´eriv´ees
Sif etg sont d´erivables surI :
d´eriv´ee d´erivable sur I sous la condition (f +λg)0 =f0+λg0,λ∈R
(f g)0 =f0g+f g0 f
g 0
= f0g−f g0
g2 g(x)6= 0 surI
Sif est d´erivable surI,g est d´erivable sur J etf(I)⊂J : g◦f est d´erivable sur I et (g◦f)0 =f0·(g0◦f)
Sif :I →J est bijective, d´erivable sur I etf0(x)6= 0 surI : f−1 est d´erivable sur J et f−10
= 1
f0◦f−1
d´eriv´ee d´erivable sur I sous la condition (ef)0 =f0ef
(ln|f|)0 = f0
f f(x)6= 0 sur I (fα)0=αf0fα−1
f(x)6= 0 surI si α∈Z∗−
f(x)>0 surI si α∈R\{Z} (chf)0 =f0shf
(shf)0 =f0chf (cosf)0 =−f0sinf
(sinf)0 =f0cosf (tanf)0=f0(1 + tan2f) = f0
cos2f f(x)∈i
−π
2 +kπ,π 2 +kπ
h surI (arccosf)0= −f0
p1−f2 f(x)∈]−1,1[ sur I (arcsinf)0 = f0
p1−f2 f(x)∈]−1,1[ sur I (arctanf)0= f0
1 +f2
Si (f, g)∈(Cn(I))2 etλ∈R :
lin´earit´e: f+λg∈Cn(I) et (f+λg)(n) =f(n)+λg(n) Leibniz: f g∈Cn(I) et (f g)(n)=
n
X
k=0
n k
f(k)g(n−k)
Primitives usuelles
f(x) F(x) (primitive) intervalle I de validit´e
xα xα+1
α+ 1+C
R si α∈N R∗+ouR∗− si α∈Z∗−\{−1}
R∗+ si α∈R\{Z} 1
x−a,a∈R ln(|x−a|) +C ]− ∞, a[ ou ]a,+∞[
eax,a∈C∗ eax
a +C R
ln(x) xln(x)−x+C R∗+
ch (ωx), ω∈R∗ sh (ωx)
ω +C R
sh (ωx),ω ∈R∗ ch (ωx)
ω +C R
f(x) F(x) (primitive) intervalleI de validit´e
sin(ωx),ω∈R∗ −cos(ωx)
ω +C R
cos(ωx),ω∈R∗ sin(ωx)
ω +C R
tan(x) −ln(|cos(x)|) +C i
−π
2 +kπ,π 2 +kπ
h ,k∈Z 1 + tan2(x) = 1
cos2(x) tan(x) +C i
−π
2 +kπ,π 2 +kπh
,k∈Z 1
a2+x2,a∈R∗ 1
aarctanx a
+C R
√ 1
1−x2 arcsin(x) +C ]−1,1[
Reconnaˆıtre la d´eriv´ee d’une fonction compos´ee Siu0 continue sur I :
f(x) F(x) (primitive) conditions de validit´e
u0(x)(u(x))α (u(x))α+1 α+ 1 +C
u(x)6= 0 surI si α∈Z∗−\{−1}
u(x)>0 surI si α∈R\{Z} u0(x)
u(x) ln(|u(x)|) +C u(x)6= 0 surI
u0(x)eu(x) eu(x)+C u0(x) sin(u(x)) −cos(u(x)) +C u0(x) cos(u(x)) sin(u(x)) +C
u0(x) tan(u(x)) −ln(|cos(u(x))|) +C u(x)∈i
−π
2 +kπ,π 2 +kπh
surI u0(x)
1 + (u(x))2 arctan(u(x)) +C u0(x)
p1−(u(x))2 arcsin(u(x)) +C u(x)∈]−1,1[ surI
Sommes de Riemann
Sif ∈C0([a, b]) :
n→+∞lim b−a
n
n
X
k=1
f
a+kb−a n
= lim
n→+∞
b−a n
n−1
X
k=0
f
a+kb−a n
= Z b
a
f(t)dt
Formules de Taylor
Taylor-reste int´egral
Sif ∈Cn+1(I),a, x∈I : f(x) =
n
X
k=0
f(k)(a)
k! (x−a)k+ Z x
a
(x−t)n
n! f(n+1)(t)dt Taylor-Young
Sif ∈Cn(I),a∈I : f(x) =
x→a n
X
k=0
f(k)(a)
k! (x−a)k+o((x−a)n)
D´eveloppements limit´es usuels
ex =
x→0 1 + x + x2
2! + . . . + xn
n! +o(xn) cos(x) =
x→01−x2 2! + x4
4! + . . . + (−1)n x2n
(2n)! +o(x2n) sin(x) =
x→0x−x3 3! + x5
5! + . . . + (−1)n x2n+1
(2n+ 1)! +o(x2n+1) (1 +x)α =
x→01 +αx+ α(α−1)
2! x2 + . . . + α(α−1). . .(α−n+ 1)
n! xn+o(xn) 1
1 +x =
x→01−x+x2+. . .+ (−1)nxn+o(xn) 1
1−x =
x→01 +x+x2+. . .+xn+o(xn) ln(1 +x) =
x→0x−x2 2 +x3
3 +. . .+ (−1)nxn+1
n+ 1+o(xn+1) arctan(x) =
x→0x−x3 3 +x5
5 +. . .+ (−1)nx2n+1
2n+ 1+o(x2n+1) tan(x) =
x→0x+x3
3 +o(x3).
Equations diff´erentielles lin´eaires homog`enes du premier ordre
(H) :y0+a(x)y= 0. Soit A une primitive deasur I.
La solution g´en´erale de (H) sur I est :∀x∈I, y(x) =Ce−A(x),C ∈R
Solution particuli`ere de (E) : y0+a(x)y =f(x)
M´ethode de variation de la constante : on cherche une solution particuli`ere sous la forme yp(x) =C(x)e−A(x), o`u A est une primitive deasurI.
Equations diff´erentielles lin´eaires homog`enes du second ordre `a coefficients constants
(H) :ay00+by0+cy= 0 (e) :ar2+br+c= 0 et ∆ =b2−4ac (´equation caract´eristique) Cas r´eel Soit (a, b, c)∈R3, a6= 0. Si on ne cherche que les solutions r´eelles de (H) :
1. Si ∆>0, (e) admet deux racines r´eelles distinctes r1 etr2.
La solution g´en´erale de (H) est : ∀x∈R,y(x) =λer1x+µer2x, (λ, µ)∈R2. 2. Si ∆ = 0, (e) admet une racine doubler0.
La solution g´en´erale de (H) est : ∀x∈R,y(x) = (λx+µ)er0x , (λ, µ)∈R2. 3. Si ∆<0, (e) admet deux racines complexes conjugu´ees r1 =α+iβ,r2=α−iβ.
La solution g´en´erale de (H) est :∀x∈R,y(x) =eαx(Acos(βx)+Bsin(βx)),(A, B)∈R2. Autre forme (non nulle) : y(x) =Ceαxcos(βx−ϕ), C=|A+ iB|etϕ= arg(A+ iB).
Solution particuli`ere de (E) : ay00+by0+cy=Aeγx, o`u (A, γ)∈C2
1. Siγ n’est pas racine de (e), on cherche une solution particuli`ere sous la forme yp(x) =Ceγx.
2. Siγ est racine simple de (e), on cherche une solution particuli`ere sous la forme yp(x) =Cxeγx.
3. Siγ est racine double de (e), on cherche une solution particuli`ere sous la forme yp(x) =Cx2eγx.
Solution particuli`ere de (E) : ay00+by0+cy=ccos(ωx) ou csin(ωx), o`u(c, ω)∈R2 1. Si iω n’est pas racine de (e), on cherche une solution particuli`ere sous la forme
yp(x) =αcos(ωx) +βsin(ωx).
2. Si iω est racine simple de (e), on cherche une solution particuli`ere sous la forme yp(x) =αxcos(ωx) +βxsin(ωx).
5 Probabilit´ es
Formules de Probabilit´e
P(Ω) = 1 P(∅) = 0 P(A) = 1−P(A) P(A∪B) = P(A) + P(B)−P(A∩B)
´
ev´enements incompatibles deux `a deux: P(A1∪ · · · ∪Ak) = P(A1) +· · ·+ P(Ak)
´
ev´enements mutuellement ind´ependants : P(A1∩ · · · ∩Ak) = P(A1)× · · · ×P(Ak) probabilit´es conditionnelles: si P(A)>0,
P(B|A) = P(A∩B)
P(A) P(A∩B) = P(A)P(B|A) probabilit´es compos´ees: si P(A1∩ · · · ∩Ak−1)>0,
P(A1∩ · · · ∩Ak) = P(A1)×P(A2|A1)×P(A3|A1∩A2)× · · · ×P(Ak|A1∩. . .∩Ak−1) probabilit´es totales : si (A1, . . . , Ak) est un S.C.E.,
P(B) =
k
X
i=1
P(B∩Ai) =
k
X
i=1
P(Ai)×P(B|Ai)
Bayes : si P(A)P(B)>0, P(A|B) = P(A)×P(B|A) P(B)
si (A1, . . . , Ak) est un S.C.E., P(Aj|B) = P(Aj)×P(B|Aj)
k
X
i=1
P(Ai)×P(B|Ai)
Esp´erance et variance
siX(Ω) ={x1, . . . , xn} : E(u(X)) =
n
X
i=1
u(xi)P(X=xi) (transfert) V(X) = E
(X−E(X))2
V(X) = E(X2)−[E(X)]2 (K¨onig-Huygens)
V(aX+b) =a2V(X) E(aX+bY) =aE(X) +bE(Y) (lin´earit´e de l’esp´erance)
Loi uniforme
X ,→ U(n) si : X(Ω) =[[1, n]] P(X=k) = 1 n E(X) = n+ 1
2 V(X) = n2−1 12
Loi de Bernoulli
X ,→ B(p) si : X(Ω) ={0,1} P(X= 0) = 1−p P(X= 1) =p E(X) =p V(X) =p(1−p)
Loi binomiale
X ,→ B(n, p) si : X(Ω) =[[0, n]] P(X=k) = n
k
pk(1−p)n−k E(X) =np V(X) =np(1−p)
6 G´ eom´ etrie
Droite du plan
param´etrage : D:
x = x0+αt
y = y0+βt , t∈R
siD passe parA(x0, y0) et a pour vecteur directeur −→u = (α, β) ;
´
equation cart´esienne : D: ax+by+c= 0
siD admet−→n = (a, b) pour vecteur normal ou −→u = (−b, a) pour vecteur directeur ;
´
equation de graphe: D: y=mx+p,
siD passe parA(0, p) et a pour vecteur directeur −→u = (1, m).
distance d’un point `a une droite: d(M,D) = |axM +byM +c|
√ a2+b2
Cercle du plan
siC a pour centre Ω(x0, y0) et pour rayon R >0, param´etrage : C:
x = x0+Rcos(t)
y = y0+Rsin(t) , t∈R
´
equation cart´esienne : C: (x−x0)2+ (y−y0)2 =R2
´
equation complexe : |z−ω0|=R, o`uω0 =x0+ iy0 est l’affixe de Ω
Aire orient´ee d’un triangle du plan
Aire(ABC) = det(−−→ AB,−→
AC)
2 = AB×AC×sin(−−→ AB,−→
AC) 2
Plan de l’espace
param´etrage : P :
x = x0+αt+α0t0 y = y0+βt+β0t0 z = z0+γt+γ0t0
, (t, t0)∈R2
siP passe parA(x0, y0, z0) et a pour vecteurs directeurs−→u = (α, β, γ) et −→v = (α0, β0, γ0) ;
´
equation cart´esienne : P : ax+by+cz+d= 0 siP admet−→n = (a, b, c) pour vecteur normal ;
distance d’un point `a un plan: d(M,P) = |axM +byM +czM +d|
√
a2+b2+c2
Droite de l’espace
param´etrage : D:
x = x0+αt y = y0+βt z = z0+γt
, t∈R
siD passe parA(x0, y0, z0) et a pour vecteur directeur −→u = (α, β, γ) ;
´
equations cart´esiennes : D:
( ax+by+cz=d a0x+b0y+c0z=d0
siD est l’intersection des plansP :ax+by+cz=detP0 :a0x+b0y+c0z=d0; distance d’un point `a une droite: d(M,D) = k−−→
AM ∧ −→uk k−→uk
Sph`ere de l’espace
siS a pour centre Ω(x0, y0, z0) et pour rayonR >0,
´
equation cart´esienne : S : (x−x0)2+ (y−y0)2+ (z−z0)2 =R2