Enseignement scientifique • 1ère

Modélisation linéaire
Suites arithmétiques et applications concrètes

Concepts & Exercices
\(u_n = u_0 + nr\)
Formule générale de la suite arithmétique
Modèle linéaire
\(y = ax + b\)
Similaire à la suite arithmétique
Croissance linéaire
\(u_{n+1} = u_n + r\)
Accroissement constant r
Variation absolue
\(Δu = r\)
Constante pour une suite arithmétique
📊
Définition : La modélisation linéaire utilise des suites arithmétiques pour représenter des phénomènes avec variation constante.
🔄
Caractéristique : La différence entre deux termes consécutifs est constante (raison r).
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Représentation : Graphiquement, les points d'une suite arithmétique sont alignés sur une droite.
🔬
Applications : Sciences naturelles, économie, physique, démographie.
💡
Conseil : Identifier la grandeur initiale (u₀) et la variation constante (r) dans le contexte
🔍
Attention : Vérifier que la variation est bien constante entre les observations
Astuce : Calculer la différence entre deux termes successifs pour confirmer la linéarité
📋
Méthode : Définir la suite, identifier u₀ et r, utiliser la formule uₙ = u₀ + nr
Exercice 1
Une entreprise a un chiffre d'affaires de 15000€ en 2020 et augmente de 2000€ chaque année. Modéliser cette situation et calculer le CA en 2025.
Exercice 2
Un objet refroidit de 3°C par minute. Si sa température initiale est de 80°C, quelle sera-t-elle après 10 minutes ?
Exercice 3
Un arbre pousse de 15cm chaque année. S'il mesure 2m aujourd'hui, quelle sera sa hauteur dans 6 ans ?
Exercice 4
Une ville voit sa population augmenter de 1200 habitants par an. Si elle comptait 45000 habitants en 2020, combien en comptera-t-elle en 2030 ?
Exercice 5
Une batterie se décharge de 5% par heure. Si elle est chargée à 100% initialement, quel sera son niveau après 8 heures ?
Exercice 6
Un véhicule accélère uniformément, gagnant 10 km/h chaque seconde. Si sa vitesse initiale est de 20 km/h, quelle sera-t-elle après 5 secondes ?
Exercice 7
Un réservoir perd 25L d'eau par jour. S'il contenait 2000L initialement, combien restera-t-il après 12 jours ?
Exercice 8
Un athlète améliore son temps de 15 secondes chaque mois. Si son record initial est de 4 minutes, quel sera-t-il dans 8 mois ?
Exercice 9
Une boutique vend 30 articles de plus chaque mois. Si elle en a vendu 150 en janvier, combien en vendra-t-elle en décembre ?
Exercice 10
Une ampoule LED perd 8 lumens d'éclat chaque année. Si elle émettait 900 lumens initialement, quelle sera son éclat dans 5 ans ?
Corrigé : Exercices 1 à 5
1 Chiffre d'affaires
Définition :

Modèle linéaire : Augmentation constante du chiffre d'affaires chaque année.

Méthode :

Identifier la valeur initiale (u₀) et la variation annuelle (r), puis appliquer la formule uₙ = u₀ + nr.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 15000€ (CA en 2020), r = 2000€ (augmentation annuelle)

Étape 2 : Déterminer le rang

De 2020 à 2025 : 2025 - 2020 = 5 ans, donc n = 5

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_5 = u_0 + 5r = 15000 + 5 \times 2000\)

Étape 4 : Calculer le CA en 2025

\(u_5 = 15000 + 10000 = 25000\)€

Réponse finale :

Le chiffre d'affaires en 2025 sera de 25000€.

Règles appliquées :

Modélisation : Croissance constante → suite arithmétique

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Addition de la valeur initiale et des augmentations cumulées

2 Refroidissement
Définition :

Phénomène thermique : Diminution constante de température.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 80°C (température initiale), r = -3°C (refroidissement par minute)

Étape 2 : Déterminer le temps

n = 10 minutes

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_{10} = u_0 + 10r = 80 + 10 \times (-3)\)

Étape 4 : Calculer la température finale

\(u_{10} = 80 - 30 = 50\)°C

Réponse finale :

La température de l'objet sera de 50°C après 10 minutes.

Règles appliquées :

Décroissance : Variation négative → raison négative

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Soustraction de la baisse totale à la température initiale

3 Croissance de l'arbre
Définition :

Modèle biologique : Croissance linéaire de la hauteur.

Étape 1 : Convertir la hauteur initiale

2m = 200cm

Étape 2 : Identifier les paramètres

u₀ = 200cm (hauteur initiale), r = 15cm (croissance annuelle)

Étape 3 : Déterminer le nombre d'années

n = 6 ans

Étape 4 : Appliquer la formule

\(u_6 = u_0 + 6r = 200 + 6 \times 15\)

Étape 5 : Calculer la hauteur finale

\(u_6 = 200 + 90 = 290\)cm = 2.9m

Réponse finale :

L'arbre mesurera 2.9m dans 6 ans.

Règles appliquées :

Unités : Convertir en unités cohérentes

Croissance : Variation positive → raison positive

Formule : uₙ = u₀ + nr

4 Population urbaine
Définition :

Modèle démographique : Augmentation constante de la population.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 45000 habitants (en 2020), r = 1200 habitants (accroissement annuel)

Étape 2 : Calculer le nombre d'années

De 2020 à 2030 : 2030 - 2020 = 10 ans, donc n = 10

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_{10} = u_0 + 10r = 45000 + 10 \times 1200\)

Étape 4 : Calculer la population finale

\(u_{10} = 45000 + 12000 = 57000\) habitants

Réponse finale :

La ville comptera 57000 habitants en 2030.

Règles appliquées :

Accroissement : Variation positive → raison positive

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Addition de la population initiale et des naissances nettes

5 Niveau de batterie
Définition :

Phénomène de décharge : Diminution constante du niveau de charge.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 100% (charge initiale), r = -5% (décharge horaire)

Étape 2 : Déterminer le nombre d'heures

n = 8 heures

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_8 = u_0 + 8r = 100 + 8 \times (-5)\)

Étape 4 : Calculer le niveau final

\(u_8 = 100 - 40 = 60\)%

Réponse finale :

Le niveau de la batterie sera de 60% après 8 heures.

Règles appliquées :

Décharge : Variation négative → raison négative

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Soustraction de la décharge totale à la charge initiale

Corrigé : Exercices 6 à 10
6 Accélération du véhicule
Définition :

Modèle cinématique : Accélération uniforme avec gain constant de vitesse.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 20 km/h (vitesse initiale), r = 10 km/h (gain par seconde)

Étape 2 : Déterminer le temps

n = 5 secondes

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_5 = u_0 + 5r = 20 + 5 \times 10\)

Étape 4 : Calculer la vitesse finale

\(u_5 = 20 + 50 = 70\) km/h

Réponse finale :

La vitesse du véhicule sera de 70 km/h après 5 secondes.

Règles appliquées :

Accélération : Gain constant de vitesse → suite arithmétique

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Addition de la vitesse initiale et des gains cumulés

7 Réservoir d'eau
Définition :

Phénomène hydraulique : Diminution constante du volume.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 2000L (volume initial), r = -25L (perte journalière)

Étape 2 : Déterminer le nombre de jours

n = 12 jours

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_{12} = u_0 + 12r = 2000 + 12 \times (-25)\)

Étape 4 : Calculer le volume final

\(u_{12} = 2000 - 300 = 1700\)L

Réponse finale :

Il restera 1700L dans le réservoir après 12 jours.

Règles appliquées :

Dépletion : Variation négative → raison négative

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Soustraction de la perte totale au volume initial

8 Amélioration sportive
Définition :

Progression linéaire : Amélioration constante du temps de course.

Étape 1 : Convertir le temps initial

4 minutes = 4 × 60 = 240 secondes

Étape 2 : Identifier les paramètres

u₀ = 240s (temps initial), r = -15s (amélioration mensuelle)

Étape 3 : Déterminer le nombre de mois

n = 8 mois

Étape 4 : Appliquer la formule

\(u_8 = u_0 + 8r = 240 + 8 \times (-15)\)

Étape 5 : Calculer le temps final

\(u_8 = 240 - 120 = 120\) secondes

Étape 6 : Convertir en minutes

120 ÷ 60 = 2 minutes

Réponse finale :

Le temps de l'athlète sera de 2 minutes dans 8 mois.

Règles appliquées :

Unités : Convertir tout dans la même unité (secondes)

Amélioration : Gain de performance → raison négative

Calcul : Conversion finale pour meilleure lisibilité

9 Ventes mensuelles
Définition :

Augmentation commerciale : Croissance régulière des ventes.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 150 (ventes en janvier), r = 30 (augmentation mensuelle)

Étape 2 : Calculer le nombre de mois

De janvier (mois 0) à décembre (mois 11) : n = 11

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_{11} = u_0 + 11r = 150 + 11 \times 30\)

Étape 4 : Calculer les ventes

\(u_{11} = 150 + 330 = 480\) articles

Réponse finale :

La boutique vendra 480 articles en décembre.

Règles appliquées :

Indexation : Janvier = 0, février = 1, ..., décembre = 11

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Addition des ventes initiales et de la croissance

10 Éclat de l'ampoule
Définition :

Dégradation progressive : Diminution constante de l'éclat.

Étape 1 : Identifier les paramètres

u₀ = 900 lumens (éclat initial), r = -8 lumens (perte annuelle)

Étape 2 : Déterminer le nombre d'années

n = 5 ans

Étape 3 : Appliquer la formule

\(u_5 = u_0 + 5r = 900 + 5 \times (-8)\)

Étape 4 : Calculer l'éclat final

\(u_5 = 900 - 40 = 860\) lumens

Réponse finale :

L'ampoule émettra 860 lumens dans 5 ans.

Règles appliquées :

Dégradation : Diminution constante → raison négative

Formule : uₙ = u₀ + nr

Calcul : Soustraction de la perte totale à l'éclat initial

Modélisation linéaire Croissance linéaire et suites arithmétiques