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Trouver l'exponentielle utilisée

Posté par
maximetri
27-04-24 à 22:30

Bonjour,
Je suis en pleine recherche pour mon grand oral et je suis tombé sur le sujet du BAC ES 2007 Amérique du Nord qui parle des records du temps au 100m.
J'adore le sujet cela me permet de parler de l'athlétisme en utilisant la fonction exponentielle et sa limite
Voila les données du sujet

AnnéeRang xiTemps yi
19121210,60
19212110,40
19303010,30
19646410,06
1983839,93
1991919,86
1999999,79

Voila, ils disent qu'ils effectuent un changement de variable ou ils posent :
X = e-0,00924x et Y = ln (y)
Sauf que je ne comprends pas comment ils trouvent le e-0,00924x ; j'ai essayer de faire une régression linéaire en posant le Y = ln (y) et calculer mais je trouve a la fin que y = 10,70*e-0,000924x soit y = e-0,000924x+2,3702.
Je ne comprends pas j'ai pourquoi bien fait la régression linaire (enfin d'après moi).
Ma question est la suivante : comment trouver cette fameuse e-0,00924x ? Car après j'aimerais faire la même chose pour le marathon et la fameuse barre des 2h00  
Merci beaucoup pour votre aide !

Posté par
fenamat84
re : Trouver l'exponentielle utilisée 28-04-24 à 11:19

Bonjour,

As-tu commencé par construire ton nuage de points ?
Pourrais-tu envisager un ajustement affine de ces points à court terme ? à long terme ?

Posté par
maximetri
re : Trouver l'exponentielle utilisée 28-04-24 à 11:36

Bonjour,
Oui je l'ai construit mais un ajustement affine ne me parait pas cohérent car à long terme un records a 0 semble pas logique  

Posté par
fenamat84
re : Trouver l'exponentielle utilisée 28-04-24 à 12:20

En effet, tu peux voir qu'à long terme l'ajustement affine s'avère incohérent puisque cela conduirait à un temps nul, ce qui est bien évidemment impossible en athlétisme !

Par conséquent, le modèle affine ne fonctionnant pas, il faut chercher un autre type de modèle pour lequel la prévision à long terme va tendre vers une certaine limite finie.
D'où l'emploi d'un modèle exponentiel du type X= exp(-ax) (a étant un réel quelconque). Car on sait, à long terme après passage par la limite, qu'on aura une limite finie !

Pourquoi avoir posé X = e-0.00924x ? Car cette fonction approxime au mieux ton nuage de points, mais l'énoncé aurait pu choisir une toute autre fonction exponentielle du type e-ax.

Enfin, pour ton expression y, je ne trouve pas exactement la même chose que toi...
As-tu déjà trouvé une équation de la droite de régression de Y en X par la méthode des moindres carrés ?

Posté par
alb12
re : Trouver l'exponentielle utilisée 28-04-24 à 14:17

salut,
il me semble qu'il manque une donnee

Posté par
maximetri
re : Trouver l'exponentielle utilisée 29-04-24 à 16:56

Bonjour,
Oui j'ai suivi la méthode des moindres carrés en posant Z = ln y et  n sachant que ce sera de la forme z = ax+b et en calculant a = (m(xz)-m(x)*m(z))/(m(x²)-m(x)²) et b = m(z)-a*m(x).
m(quelque chose) signifie moyenne de quelque chose
J'aimerais savoir comment justement je peux trouver moi même en fonction du type e-ax qui approxime au mieux mon nuage de point ?
Pour l'équation de la droite de régression de Y en X par la méthode des moindres carrés c'est justement
Z = (-9.29x10-4)x+2.3702

Posté par
alb12
re : Trouver l'exponentielle utilisée 30-04-24 à 15:10

Je prends 8 couples:

A,B:=[0,12,21,30,64,83,91,99],[10.8,10.6,10.4,10.3,10.06,9.93,9.86,9.79]

La commande Xcas:
linear_regression(A,round(ln(B),3))

renvoie:
-0.000910253980288,2.36913769901

En posant Y=ln(y) on a donc:

\ln Y=-0,000910x+2,369

Y=\exp(-0,000910x+2,369)

Y=\exp(2,369)\exp(-0,000910x)

On pose X=exp(10*-0.000910x)=exp(-0.00910x) (choix arbitraire ? )
Dans le sujet du bac le coefficient de x est -0.00924 (je n'arrive pas à reproduire ce reel)
Peu importe gardons -0.00924
La commande:
linear_regression(round(exp(-0.00924*A),3),round(ln(B),3))

renvoie:
0.154024725371,2.22106378599

On obtient donc la formule du sujet:

\ln Y=0,154X+2,221

Y=\exp(0,154\exp(-0,00924x)+2,221)

Mais tout cela mérite une relecture

Posté par
Pirho
re : Trouver l'exponentielle utilisée 30-04-24 à 15:33

Bonjour,

@alb12: je trouve exactement le même Y que ton logiciel, en résolvant le problème "à la main"  

Posté par
alb12
re : Trouver l'exponentielle utilisée 30-04-24 à 16:57

@Pirho
Merci pour ta confirmation
@maximetri
Pour ton exposé le changement de x en X est inutile.
En effet la correlation (x,ln(y)) me paraît pertinente.
Pae exemple pour l'annee 2050 on trouve y=8.91
A confirmer evidemment.

Posté par
maximetri
re : Trouver l'exponentielle utilisée 01-05-24 à 23:52

Bonsoir,
Merci alb12 et Pirho,
Grace a vous j'ai mieux compris le procédé mais j'ai encore quelque zone de flou sur ce fameux sujet  
alb12 Vous dites que le changement de x en X est inutile mais la fonction y = e-0,000910x+2,369 a une limite en +inf de 0 donc l'étude a long terme ne fonctionne pas (enfin si j'ai bien compris de ce que vous parlez)
Donc je me dit que le changement de x en X est obligatoire et donc je me demande pourquoi prenons nous la décision de changer X et comment on trouve cette valeur de multiplication par 10 ? Car je dois l'expliquer a l'oral si on me le demande
Je m'excuse si j'ai mal compris votre réponse

Posté par
fenamat84
re : Trouver l'exponentielle utilisée 02-05-24 à 10:22

alb12 @ 30-04-2024 à 16:57

@Pirho
Merci pour ta confirmation
@maximetri
Pour ton exposé le changement de x en X est inutile.
En effet la correlation (x,ln(y)) me paraît pertinente.
Pae exemple pour l'annee 2050 on trouve y=8.91
A confirmer evidemment.


En s'aidant des formules énoncées par alb12 :
ln Y = 0,154 X + 2.221
Y = e0,154*exp(-0,00924x)+2.221

Par un calcul de la limite de Y lorsque x tend vers +inf, on trouve :
e2.2219.217.

Donc je pense qu'à long terme qu'on ne puisse pas descendre sous la barre des 9 secondes...

Posté par
maximetri
re : Trouver l'exponentielle utilisée 02-05-24 à 12:09

Donc je suis obligé d'effectuer le changement de x en X ? mais comment trouver sans le savoir ce X ? Car il faudrais que je l'explique si on me demande et surtout je comprends pas de où il sort

Posté par
alb12
re : Trouver l'exponentielle utilisée 02-05-24 à 14:20

J'ai fait quelques erreurs
1/ Dans les formules latex il faut lire y au lieu de Y
2/ Mon estimation 8.91 c'est pour 2100

Je reprends.
On commence par le plus simple.
On etudie la correlation du couple (x,y) sans changement de variable.

A,B:=[0,12,21,30,64,83,91,99],[10.8,10.6,10.4,10.3,10.06,9.93,9.86,9.79]

correlation(A,B)
renvoie -0.981 donc la correlation negative est (tres) significative.
linear_regression(A,B)
renvoie -0.00927786201668,10.6813931008
On a donc:


 \\ y=-0,00928x+10,681
 \\
Pour x=150 on a y=9.59
Pour x=200 on a y=8.83
Ce modele ne permet pas de conjecturer ce qui risque de se passer au dela de l'annee 2100 voire moins.

Pour aller plus loin on pose X=exp(-0.00928*x) et Y=ln(y)
correlation(round(exp(-0.00928*A),3),round(ln(B),3))
renvoie 0.993 donc la correlation est plus forte avec les changements de variables
linear_regression(round(exp(-0.00928*A),3),round(ln(B),3))
renvoie 0.153656621557,2.22146255374
On a donc:

Y=0,154X+2,221

\ln y=0,154\exp(-0,00928x)+2,221

y=\exp(0,154\exp(-0,00928x)+2,221)
Pour x=150 on a y=9.58
Pour x=200 on a y=9.44
Si x tend vers plus l'infini alors y tend vers 9.22 (un peu moins)

Posté par
maximetri
re : Trouver l'exponentielle utilisée 02-05-24 à 16:15

Merci beaucoup alb12 j'ai tout compris,
Enfaite le changement de x en X provient du coefficient de la régression linéaire de y en x, mais juste une dernière question : pourquoi ne prendre que le coefficient et pourquoi pas la constante qui va avec ? Il existe une règle ou une loi qui pose cela ?

Posté par
alb12
re : Trouver l'exponentielle utilisée 02-05-24 à 18:00

On peut essayer X=exp(-0.00928*x+10.681) et Y=ln(y)

correlation(round(exp(-0.00928*A+10.681),3),round(ln(B),3))
renvoie -0.479080599928
Dans ce cas la correlation n'est certainement pas valide (le coefficient de correlation est trop loin de -1)
linear_regression(round(exp(-0.00928*A+10.681),3),round(ln(B),3))
renvoie -2.80506612385e-06,2.32971588587
On aurait donc:

y=\exp(-2,81\times10^{-6}\exp(-0,00928x+10,681)+2,330)

y serait une fonction croissante de x ce qui n'a pas de sens.
Pour x=200 (annee 2100) on aurait y=10.08



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