Enseignement scientifique • 1ère

Applications en croissances scientifiques
Fonctions affines et exponentielles

Concepts & Exercices
\(f(t) = at + b\)
Croissance linéaire
\(g(t) = a \cdot e^{kt}\)
Croissance exponentielle
Biologie
\(P(t) = P_0 \cdot e^{rt}\)
Croissance de population
Économie
\(C(t) = C_0 + rt\)
Évolution linéaire
Physique
\(T(t) = T_0 \cdot e^{-kt}\)
Décroissance exponentielle
📊
Définition : Les fonctions modélisent des phénomènes de croissance dans les sciences.
🔄
Fonction affine : f(t) = at + b modélise des croissances linéaires.
📈
Fonction exponentielle : g(t) = a·e^(kt) modélise des croissances rapides.
🔬
Applications : Biologie, économie, physique, démographie.
💡
Conseil : Choisir le modèle adapté selon la nature du phénomène observé
🔍
Attention : La croissance exponentielle dépasse toujours la croissance linéaire à long terme
Astuce : Pour k > 0, la fonction exponentielle croît, pour k < 0, elle décroît
📋
Méthode : Identifier la valeur initiale et le taux de croissance dans le contexte
Exercice 1
Une plante croît selon P(t) = 10 + 2t, où t est en jours. Quelle est sa hauteur après 15 jours ?
Exercice 2
Une population croît selon P(t) = 1000·e^(0.03t). Quelle est la population après 10 ans ?
Exercice 3
La température diminue selon T(t) = 25·e^(-0.1t). Quelle est la température après 5 heures ?
Exercice 4
Un capital évolue selon C(t) = 500 + 25t. Quel est le capital après 8 mois ?
Exercice 5
Une culture bactérienne croît selon B(t) = 50·e^(0.2t). Combien de bactéries après 3 heures ?
Exercice 6
Une batterie se décharge selon D(t) = 100·e^(-0.05t). Quel est le niveau après 10 heures ?
Exercice 7
Un montant augmente selon M(t) = 2000 + 100t. Quel est le montant après 12 mois ?
Exercice 8
Une fonction affine f vérifie f(0) = 15 et f(5) = 40. Donner son expression et interpréter.
Exercice 9
Une réaction chimique suit R(t) = 100·e^(-0.08t). Quelle est la concentration après 15 minutes ?
Exercice 10
Comparer f(t) = 100 + 5t et g(t) = 50·e^(0.05t) pour t = 20. Laquelle est supérieure ?
Corrigé : Exercices 1 à 5
1 Croissance de plante
Définition :

Modèle linéaire : P(t) = 10 + 2t, croissance constante de 2 cm par jour.

Méthode :

Remplacer la variable t par la valeur demandée dans l'expression de la fonction.

Étape 1 : Identifier la fonction

P(t) = 10 + 2t, où t est le temps en jours

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 15 jours

Étape 3 : Calculer la hauteur

P(15) = 10 + 2(15) = 10 + 30 = 40 cm

Réponse finale :

La plante mesure 40 cm après 15 jours.

Règles appliquées :

Modélisation linéaire : Utilisée pour les croissances constantes

Calcul : Remplacer t par la valeur demandée

Interprétation : La plante grandit de 2 cm par jour

2 Croissance de population
Définition :

Modèle exponentiel : P(t) = 1000·e^(0.03t), croissance de 3% par an.

Étape 1 : Identifier la fonction

P(t) = 1000·e^(0.03t), où t est le temps en années

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 10 ans

Étape 3 : Calculer la population

P(10) = 1000·e^(0.03×10) = 1000·e^0.3 ≈ 1000×1.3499 ≈ 1350 individus

Réponse finale :

La population est d'environ 1350 individus après 10 ans.

Règles appliquées :

Modélisation exponentielle : Utilisée pour les croissances rapides

Calcul : Remplacer t et utiliser la fonction exponentielle

Interprétation : Le taux de croissance est proportionnel à la population

3 Décroissance de température
Définition :

Modèle exponentiel décroissant : T(t) = 25·e^(-0.1t), décroissance de 10% par heure.

Étape 1 : Identifier la fonction

T(t) = 25·e^(-0.1t), où t est le temps en heures

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 5 heures

Étape 3 : Calculer la température

T(5) = 25·e^(-0.1×5) = 25·e^(-0.5) ≈ 25×0.6065 ≈ 15.2°C

Réponse finale :

La température est d'environ 15.2°C après 5 heures.

Règles appliquées :

Modélisation exponentielle décroissante : k < 0 pour une décroissance

Calcul : Remplacer t et utiliser la fonction exponentielle

Interprétation : La température diminue de manière exponentielle

4 Évolution de capital
Définition :

Modèle linéaire : C(t) = 500 + 25t, gain constant de 25€ par mois.

Étape 1 : Identifier la fonction

C(t) = 500 + 25t, où t est le temps en mois

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 8 mois

Étape 3 : Calculer le capital

C(8) = 500 + 25(8) = 500 + 200 = 700€

Réponse finale :

Le capital est de 700€ après 8 mois.

Règles appliquées :

Modélisation linéaire : Utilisée pour les gains constants

Calcul : Remplacer t par la valeur demandée

Interprétation : Le capital augmente de 25€ par mois

5 Culture bactérienne
Définition :

Modèle exponentiel : B(t) = 50·e^(0.2t), croissance de 20% par heure.

Étape 1 : Identifier la fonction

B(t) = 50·e^(0.2t), où t est le temps en heures

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 3 heures

Étape 3 : Calculer le nombre de bactéries

B(3) = 50·e^(0.2×3) = 50·e^0.6 ≈ 50×1.8221 ≈ 91 bactéries

Réponse finale :

Il y a environ 91 bactéries après 3 heures.

Règles appliquées :

Modélisation exponentielle : Utilisée pour les croissances biologiques

Calcul : Remplacer t et utiliser la fonction exponentielle

Interprétation : La population double environ toutes les 3.5 heures

Corrigé : Exercices 6 à 10
6 Décharge de batterie
Définition :

Modèle exponentiel décroissant : D(t) = 100·e^(-0.05t), décharge de 5% par heure.

Étape 1 : Identifier la fonction

D(t) = 100·e^(-0.05t), où t est le temps en heures

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 10 heures

Étape 3 : Calculer le niveau

D(10) = 100·e^(-0.05×10) = 100·e^(-0.5) ≈ 100×0.6065 ≈ 60.7%

Réponse finale :

Le niveau est d'environ 60.7% après 10 heures.

Règles appliquées :

Modélisation exponentielle décroissante : k < 0 pour une décroissance

Calcul : Remplacer t et utiliser la fonction exponentielle

Interprétation : La batterie se décharge exponentiellement

7 Augmentation de montant
Définition :

Modèle linéaire : M(t) = 2000 + 100t, gain constant de 100€ par mois.

Étape 1 : Identifier la fonction

M(t) = 2000 + 100t, où t est le temps en mois

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 12 mois

Étape 3 : Calculer le montant

M(12) = 2000 + 100(12) = 2000 + 1200 = 3200€

Réponse finale :

Le montant est de 3200€ après 12 mois.

Règles appliquées :

Modélisation linéaire : Utilisée pour les gains constants

Calcul : Remplacer t par la valeur demandée

Interprétation : Le montant augmente de 100€ par mois

8 Fonction affine par deux points
Définition :

Fonction affine : Déterminée par deux points : (0, 15) et (5, 40).

Étape 1 : Identifier les points

(t₁, y₁) = (0, 15) et (t₂, y₂) = (5, 40)

Étape 2 : Calculer le coefficient directeur

a = (y₂ - y₁)/(t₂ - t₁) = (40 - 15)/(5 - 0) = 25/5 = 5

Étape 3 : Calculer l'ordonnée à l'origine

b = y₁ = 15 (puisque t₁ = 0)

Étape 4 : Donner l'expression

f(t) = 5t + 15

Réponse finale :

f(t) = 5t + 15, croissance linéaire de 5 unités par unité de temps.

Règles appliquées :

Détermination : Une fonction affine est déterminée par deux points

Coefficient directeur : a = (y₂ - y₁)/(t₂ - t₁)

Ordonnée à l'origine : b = f(0) = y₁ si t₁ = 0

9 Réaction chimique
Définition :

Modèle exponentiel décroissant : R(t) = 100·e^(-0.08t), décroissance de 8% par minute.

Étape 1 : Identifier la fonction

R(t) = 100·e^(-0.08t), où t est le temps en minutes

Étape 2 : Identifier le temps demandé

t = 15 minutes

Étape 3 : Calculer la concentration

R(15) = 100·e^(-0.08×15) = 100·e^(-1.2) ≈ 100×0.3012 ≈ 30.1%

Réponse finale :

La concentration est d'environ 30.1% après 15 minutes.

Règles appliquées :

Modélisation exponentielle décroissante : k < 0 pour une décroissance

Calcul : Remplacer t et utiliser la fonction exponentielle

Interprétation : La réaction suit une cinétique exponentielle

10 Comparaison de modèles
Définition :

Comparaison : f(t) = 100 + 5t (linéaire) vs g(t) = 50·e^(0.05t) (exponentielle).

Étape 1 : Calculer f(20)

f(20) = 100 + 5(20) = 100 + 100 = 200

Étape 2 : Calculer g(20)

g(20) = 50·e^(0.05×20) = 50·e^1 ≈ 50×2.7183 ≈ 135.9

Étape 3 : Comparer les résultats

f(20) = 200 > g(20) ≈ 135.9

Étape 4 : Interprétation

Pour t = 20, la fonction affine est supérieure à la fonction exponentielle

Réponse finale :

Pour t = 20, f(t) = 200 > g(t) ≈ 135.9, donc la fonction affine est supérieure.

Règles appliquées :

Comparaison ponctuelle : Calculer les valeurs pour la même abscisse

Comparaison asymptotique : L'exponentielle finira par dépasser l'affine

Comportement global : L'exponentielle domine toujours l'affine à long terme

Applications en croissances scientifiques Fonctions affines et exponentielles