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Chapitre 11
TP INFO 2

Approximation de \mathrm{e} par la formule de Taylor

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Énoncé
Brook Taylor, mathématicien anglais du début du XVIIIe siècle, a joué un grand rôle dans la recherche sur le calcul intégral. On lui doit la formule de Taylor avec reste intégral qui donne, en l'appliquant à la fonction exponentielle : \mathrm{e}^{x}=\mathop{\sum}\limits_{k=0}\limits^{n} \frac{x^{k}}{k !}+\displaystyle\int_{0}^{x} \frac{(x-t)^{n} \mathrm{e}^{t}}{n !} \mathrm{d} t, où x est un réel différent de 0, n est un entier naturel et n !=1 \times 2 \times \ldots \times n (par convention 0! = 1). On admet que \mathrm{E}_{n}(x)=\mathop{\sum}\limits_{k=0}\limits^{n} \frac{x^{k}}{k !} est une valeur approchée de \mathrm{e}^x lorsque n est suffisamment grand. Question préliminaire :

Écrire la formule de Taylor avec reste intégral pour n=1, puis n=2 et enfin n=3.
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Objectif
Obtenir des valeurs approchées de \mathbf{e} en utilisant une des trois méthodes.
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Méthode 1
Tableur

1. Reproduire la feuille de calcul suivante.

Placeholder pour Capture d'écran tableau calcul approximation e, formule TaylorCapture d'écran tableau calcul approximation e, formule Taylor
2. a. Comment obtenir la valeur affichée en B5 ?

b. Quelle formule faut‑il écrire en C5 pour obtenir \mathrm{E}_0 ?

3. a. Quelle formule à étirer faut‑il écrire en C6 pour obtenir \mathrm{E}_1 ?

b. Jusqu'à quelle ligne doit‑on étirer les formules pour obtenir une valeur approchée de \mathrm{e} à 10^{-4} près.

4. a. Obtenir une valeur approchée de \mathrm{e}^3 à 10^{-4} près.
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Méthode 2
Python

On considère l'algorithme suivant.

\boxed{ \begin{array} { l } \text {Fonction Exp(x, n) :}\\ \quad {\mathrm{E}} \leftarrow {1} \\ \quad \quad \text {Pour } k \text { allant de … à …} \\ \quad \quad \quad {\mathrm{E}} \leftarrow … \\ \quad \quad \text {Fin Pour } \\ \quad \text {Retourner } \mathrm{E}\\ \text {Fonction} \\ \end{array} }
1. a. Déterminer par le calcul la valeur de \mathrm{E}_0.

b. Expliquer la 2e ligne de cet algorithme, puis le compléter afin d'obtenir \mathrm{E}_{n}(x) pour des valeurs de n et x données.

2. Programmer et tester cet algorithme avec Python pour obtenir une valeur approchée de \mathrm{e} avec n=10.
En déduire une valeur approchée de \mathrm{e} à 10^{-4} près.



3. Obtenir une valeur approchée de \mathrm{e}^3 à 10^{-4} près.
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Méthode 3
Calculatrice

1. a. À l'aide d'une calculatrice, calculer \displaystyle\int_{0}^{1} \frac{(1-t)^{n} \mathrm{e}^{t}}{n !} \mathrm{d} t pour n=1, puis n=2 et enfin n=3.

b. En déduire des valeurs approchées de \mathrm{e} à 10^{-4} près.

2. De la même manière, obtenir une valeur approchée de \mathrm{e}^3 à 10^{-4} près.
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