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6.9E : Exercices pour la section 6.9

  • Page ID
    197199
    • Edwin “Jed” Herman & Gilbert Strang
    • OpenStax
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    1) [T] Recherchez des expressions pour\(\cosh x+\sinh x\) et\(\cosh x−\sinh x.\) utilisez une calculatrice pour représenter graphiquement ces fonctions et assurez-vous que votre expression est correcte.

    Réponse
    \(e^x\)et\(e^{−x}\)

    2) À partir des définitions de\(\cosh(x)\) et\(\sinh(x)\), trouvez leurs antidérivés.

    3) Montrez cela\(\cosh(x)\) et\(\sinh(x)\) satisfaites\( y''=y\).

    Réponse
    Les réponses peuvent varier

    4) Utilisez la règle du quotient pour vérifier que\(\dfrac{d}{dx}\big(\tanh(x)\big)=\text{sech}^2(x).\)

    5) Dériver\(\cosh^2(x)+\sinh^2(x)=\cosh(2x)\) de la définition.

    Réponse
    Les réponses peuvent varier

    6) Prenez la dérivée de l'expression précédente pour trouver une expression pour\(\sinh(2x)\).

    7) Prouvez\(\sinh(x+y)=\sinh(x)\cosh(y)+\cosh(x)\sinh(y)\) en remplaçant l'expression par des exponentielles.

    Réponse
    Les réponses peuvent varier

    8) Prenez la dérivée de l'expression précédente pour trouver une expression pour\(\cosh(x+y).\)

    Dans les exercices 9 à 18, trouvez les dérivées des fonctions données et tracez un graphique avec la fonction pour vous assurer que votre réponse est correcte.

    9) [T]\(\cosh(3x+1)\)

    Réponse
    \(3\sinh(3x+1)\)

    10) [T]\(\sinh(x^2)\)

    11) [T]\(\dfrac{1}{\cosh(x)}\)

    Réponse
    \(−\tanh(x)\text{sech}(x)\)

    12) [T]\(\sinh(\ln(x))\)

    13) [T]\(\cosh^2(x)+\sinh^2(x)\)

    Réponse
    \(4\cosh(x)\sinh(x)\)

    14) [T]\(\cosh^2(x)−\sinh^2(x)\)

    15) [T]\(\tanh(\sqrt{x^2+1})\)

    Réponse
    \(\dfrac{x\text{sech}^2(\sqrt{x^2+1})}{\sqrt{x^2+1}}\)

    16) [T]\(\dfrac{1+\tanh(x)}{1−\tanh(x)}\)

    17) [T]\(\sinh^6(x)\)

    Réponse
    \(6\sinh^5(x)\cosh(x)\)

    18) [T]\(\ln(\text{sech}(x)+\tanh(x))\)

    Dans les exercices 19 à 28, trouvez les antidérivés pour les fonctions données.

    19)\(\cosh(2x+1)\)

    Réponse
    \(\frac{1}{2}\sinh(2x+1)+C\)

    (20)\(\tanh(3x+2)\)

    (21)\(x\cosh(x^2)\)

    Réponse
    \(\frac{1}{2}\sinh^2(x^2)+C\)

    22)\(3x^3\tanh(x^4)\)

    23)\(\cosh^2(x)\sinh(x)\)

    Réponse
    \(\frac{1}{3}\cosh^3(x)+C\)

    (24)\(\tanh^2(x)\text{sech}^2(x)\)

    25)\(\dfrac{\sinh(x)}{1+\cosh(x)}\)

    Réponse
    \(\ln(1+\cosh(x))+C\)

    26)\(\coth(x)\)

    (27)\(\cosh(x)+\sinh(x)\)

    Réponse
    \(\cosh(x)+\sinh(x)+C\)

    28)\((\cosh(x)+\sinh(x))^n\)

    Dans les exercices 29 à 35, trouvez les dérivées des fonctions.

    (29)\(\tanh^{−1}(4x)\)

    Réponse
    \(\dfrac{4}{1−16x^2}\)

    (30)\(\sinh^{−1}(x^2)\)

    31)\(\sinh^{−1}(\cosh(x))\)

    Réponse
    \(\dfrac{\sinh(x)}{\sqrt{\cosh^2(x)+1}}\)

    32)\(\cosh^{−1}(x^3)\)

    33)\(\tanh^{−1}(\cos(x))\)

    Réponse
    \(−\csc(x)\)

    34)\(e^{\sinh^{−1}(x)}\)

    35)\(\ln(\tanh^{−1}(x))\)

    Réponse
    \(−\dfrac{1}{(x^2−1)\tanh^{−1}(x)}\)

    Dans les exercices 36 à 42, trouvez les antidérivés pour les fonctions.

    36)\(\displaystyle ∫\frac{dx}{4−x^2}\)

    (37)\(\displaystyle ∫\frac{dx}{a^2−x^2}\)

    Réponse
    \(\dfrac{1}{a}\tanh^{−1}\left(\dfrac{x}{a}\right)+C\)

    38)\(\displaystyle ∫\frac{dx}{\sqrt{x^2+1}}\)

    39)\(\displaystyle ∫\frac{xdx}{\sqrt{x^2+1}}\)

    Réponse
    \(\sqrt{x^2+1}+C\)

    40)\(\displaystyle ∫−\frac{dx}{x\sqrt{1−x^2}}\)

    41)\(\displaystyle ∫\frac{e^x}{\sqrt{e^{2x}−1}}\)

    Réponse
    \(\cosh^{−1}(e^x)+C\)

    42)\(\displaystyle ∫−\frac{2x}{x^4−1}\)

    Dans les exercices 43 à 45, utilisez le fait qu'un corps qui tombe avec une friction égale à la vitesse au carré obéit à l'équation\(\dfrac{dv}{dt}=g−v^2\).

    43) Montrez que cela\(v(t)=\sqrt{g}\tanh(\sqrt{g}t)\) répond à cette équation.

    Réponse
    Les réponses peuvent varier

    44) Dérivez l'expression précédente pour\(v(t)\) en intégrant\(\dfrac{dv}{g−v^2}=dt\).

    45) [T] Estimez la distance parcourue par un corps en\(12\) quelques secondes en trouvant la zone située sous la courbe de\(v(t)\).

    Réponse
    \(37.30\)

    Dans les exercices 46 à 48, utilisez ce scénario : un câble suspendu sous son propre poids a une pente\(S=\dfrac{dy}{dx}\) satisfaisante\(\dfrac{dS}{dx}=c\sqrt{1+S^2}\). La constante\(c\) est le rapport entre la densité du câble et la tension.

    46) Montrez que cela\(S=\sinh(cx)\) répond à cette équation.

    47) Intégrez\(\dfrac{dy}{dx}=\sinh(cx)\) pour trouver la hauteur du câble\(y(x)\) si\(y(0)=1/c\).

    Réponse
    \(y=\frac{1}{c}\cosh(cx)\)

    48) Esquissez le câble et déterminez jusqu'où il s'affaisse\(x=0\).

    Dans les exercices 49 à 52, résolvez chaque problème.

    49) [T] Une chaîne est suspendue à deux poteaux distants de\(2\) m pour former une caténaire décrite par l'équation\(y=2\cosh(x/2)−1\). Trouvez la pente de la caténaire au niveau du poteau de clôture gauche.

    Réponse
    \(−0.521095\)

    50) [T] Une chaîne est suspendue à deux poteaux distants de quatre mètres pour former une caténaire décrite par l'équation\(y=4\cosh(x/4)−3.\) Trouvez la longueur totale de la caténaire (longueur de l'arc).

    51) [T] Une ligne à haute tension est une caténaire décrite par\(y=10\cosh(x/10)\). Détermine le rapport entre la surface située sous la caténaire et la longueur de son arc. Qu'est-ce que tu remarques ?

    Réponse
    \(10\)

    52) Une ligne téléphonique est une caténaire décrite par\(y=a\cosh(x/a).\) Trouver le rapport entre la surface située sous la caténaire et la longueur de son arc. Cela confirme-t-il votre réponse à la question précédente ?

    53) Prouver la formule de la dérivée de\(y=\sinh^{−1}(x)\) en différenciant\(x=\sinh(y).\)

    (Conseil : utilisez des identités trigonométriques hyperboliques.)

    54) Prouver la formule de la dérivée de\(y=\cosh^{−1}(x)\) en différenciant\(x=\cosh(y).\)

    (Conseil : utilisez des identités trigonométriques hyperboliques.)

    55) Prouvez la formule de la dérivée de\(y=\text{sech}^{−1}(x)\) en différenciant\(x=\text{sech}(y).\)

    (Conseil : utilisez des identités trigonométriques hyperboliques.)

    56) Prouvez que\(\cosh(x)+\sinh(x))^n=\cosh(nx)+\sinh(nx).\)

    57) Prouvez l'expression pour\(\sinh^{−1}(x).\) Multiplier\(x=\sinh(y)=\dfrac{e^y−e^{−y}}{2}\) par\(2e^y\) et résolvez pour\(y\). Votre expression correspond-elle au manuel ?

    58) Prouvez l'expression pour\(\cosh^{−1}(x).\) Multiplier\(x=\cosh(y)=\dfrac{e^y+e^{−y}}{2}\) par\(2e^y\) et résolvez pour\(y\). Votre expression correspond-elle au manuel ?