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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Michel Beaudin


PLAN DE COURS

Hiver 2025
MAT805 : Compléments de mathématiques (profil génie mécanique) (4 crédits)





Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Maîtriser la modélisation mathématique des systèmes et les notions de mathématiques avancées souvent rencontrées dans les publications scientifiques et méthodes numériques couramment utilisées pour résoudre les modèles mathématiques des systèmes.

Modélisation mathématique des systèmes continus. Dérivation d'équations aux dérivées partielles. Classification des équations aux dérivées partielles : elliptique, hyperbolique et parabolique. Exemples d'applications physiques. Méthodes de solution : séries de Fourier, fonction de Green, variable complexe. Méthodes variationnelles : fonctionnelle et extremum d'une fonctionnelle, méthode de Ritz, méthodes approchées. Introduction aux tenseurs cartésiens.



Objectifs du cours

Un cours gradué de mathématiques dont le titre est Compléments de mathématiques devrait tenir compte de l'aspect suivant : lors d'études de premier cycle en génie, la clientèle étudiante a suivi ou devrait avoir suivi des cours de mathématiques en calcul, en équations différentielles et en algèbre linéaire.  Mais il est loin d'être certain que ces sujets furent présentés de façon unifiée cela est d'ailleurs pratiquement impossible au premier cycle – en faisant un usage approprié de la technologie. Par conséquent, notre objectif principal sera d'introduire des sujets qui permettent à la fois de découvrir de nouveaux thèmes et, pour les sujets nécessitant une révision (comme ceux d'équations différentielles par exemple), de présenter ces thèmes de façon originale.  Et c'est précisément ce que permettent l'omniprésence, la disponibilité et l'utilisation des systèmes de calcul symbolique. Une fois les choses mises en place, il deviendra possible d'étudier les systèmes d’équations différentielles et les problèmes de stabilité, en présentant les outils matriciels requis pour les systèmes linéaires et une résolution numérique pour les systèmes non linéaires.  Ensuite, l'objectif de complémenter la théorie sur les séries de Fourier sera atteint avec l'étude des équations aux dérivées partielles de la chaleur et des ondes sans oublier les problèmes classiques en équations différentielles ordinaires où les entrées sont des fonctions périodiques non triviales. Si le temps le permet, certaines équations aux dérivées partielles en milieu infini seront étudiées en utilisant des transformées intégrales et, finalement, l'analyse complexe sujet d'une grande beauté  aurait comme objectif d’apporter des preuves à certains résultats utilisés durant la session et de jeter un coup d'oeil à la fameuse hypothèse de Riemann.




Stratégies pédagogiques

Trois heures et demie de cours magistral par semaine, de même qu’une séance de travaux pratiques de deux heures.  Plusieurs exercices vont nécessiter l’utilisation de logiciels de calcul et des exemples d’utilisation de tels logiciels seront donnés en classe. Par conséquent, les étudiants doivent avoir un logiciel de calcul qui pourra être utilisé en tout temps (cours, séances de travaux pratiques, devoirs, examens).  L’une des principales stratégies pédagogiques employées sera de faire en sorte que mathématiques théoriques et mathématiques appliquées soient réunies : autant le papier-crayon que l'utilisation d'une machine y trouveront leur place et des concepts plus abstraits seront souvent illustrés par des exemples concrets sur l’ordinateur.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 09:00 - 12:30 Activité de cours
Mercredi 10:30 - 12:30 Travaux pratiques



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Michel Beaudin Activité de cours Michel.Beaudin@etsmtl.ca B-2532
01 Michel Beaudin Travaux pratiques Michel.Beaudin@etsmtl.ca B-2532



Cours

COURS

MATIÈRE

RÉFÉRENCE

1 à 3

  • Nombres complexes et formule de Cardan. Fonction LambertW. Résolution symbolique d’équations et de systèmes d’équations. Quelques fonctions spéciales en génie.
  • Résolution numérique : méthodes du point fixe et méthode Newton (à une et à plusieurs variables).
  • Équations différentielles : rappels et compléments.
  • Exercices avec plusieurs solutions détaillées.

Résumé 1

 

3 à 6

  • Valeurs et vecteurs propres, diagonalisation, forme de Jordan, exponentielle de matrices.
  • Systèmes d’équations différentielles linéaires à coefficients constants : plan de phase, points critiques et stabilité.
  • Systèmes d’équation différentielles quasi-linéaires, non linéaires et résolution numérique. 
  • Exercices avec plusieurs solutions détaillées.

Résumé 2

 

7

Examen intra: portant sur les 6 premiers cours.

 

8 à 12

 

  • Séries de Fourier : convergences par point et en moyenne quadratique.  Espaces fonctionnels.
  • Méthode de séparation des variables. Applications aux équations aux dérivées partielles (É.D.P.) des cordes vibrantes, solution de d’Alembert. Équation de la chaleur. É.D.P. non homogènes, méthodes de changement de variables.
  • Applications aux problèmes de MHAF et de circuits RLC avec entrée périodique non triviale.
  • Intégrale de Fourier, transformation de Fourier. Équations de la chaleur et des ondes en milieu infini.
  • Exercices avec plusieurs solutions détaillées.

Résumé 3

et

Résumé 4

 

 

 

12 et 13

  • Fonctions d’une variable complexe. Fonctions analytiques, "unwinding number" et domaine de validité de plusieurs formules.
  • Intégration dans le plan complexe, formule intégrale de Cauchy, séries de puissances et de Laurent. Théorème des résidus.
  • Hypothèse de Riemann.
  • Exercices avec plusieurs solutions détaillées.

Résumé 5 

 




Évaluation
  Gr. 01

Devoir #1 : 20 %

(en deux parties) 

Déposé dans Moodle vers la mi-janvier. 

Les dates de remise de chacune des parties seront indiquées sur le questionnaire.

Devoir #2 : 20 %

(en deux parties) 

Déposé dans Moodle vers la mi-février.

Les dates de remise de chacune des parties seront indiquées sur le questionnaire.

Examen intra : 35 %

Durée de 3 heures

Lundi 17 février 2025 à 9:00.

Matériel autorisé : toute documentation permise, ordinateur portable équipé d’un système symbolique.

Take-home final : 25 %

(en deux parties) 

Déposé dans Moodle vers la mi-mars.

Les dates de remise de chacune des parties seront indiquées sur le questionnaire.




Double seuil
Note minimale : 50



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 17 février 2025



Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

N/A




Absence à une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (0).




Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-nature-academique) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.



Documentation obligatoire

Il n'y a pas de référence obligatoire.  Plusieurs documents (dont les résumés annoncés dans la description des cours) sont disponibles sur la page Moodle du groupe. Ces résumés sont en fait des notes de cours contenant la théorie.  Chaque résumé se termine par une série d'exercices dont plusieurs possèdent une solution détaillée.

 




Ouvrages de références

KREYSZIG, Erwin. Advanced Engineering Mathematics. 10e édition. Wiley, août 2011.

EPPERSON, JAMES F. An Introduction to Numerical Methods and Analysis. Wiley, 2002.

HUTSON & PYM. Applications of Functional Analysis and Operator Theory. Academic Press, 1980.

KRASNOV, Mikhail et al. Mathématiques supérieures pour ingénieurs et polytechniciens, 2 tomes. De Boeck Université, 1993.

LOPEZ, Robert J.  Advanced Engineering Mathematics. Addison-Wesley, 2001.

MAWHIN, Jean.  Analyse.  Fondements, techniques, évolution.  De Boeck Université, 1992.

O’NEIL, Peter V.  Engineering Mathematics. 8e édition. Cengage Learning, 2018.

SIMMONS, George F. Differential Equations with Applications and Historical Notes.  3e édition. CRC Press, 2016.

BORROS, George & MOLL, Victor H.   Irresistible Integrals.  Symbolic, Analysis and Experiments in the Evalutation of Integrals.  Cambridge University Press, 2004.

KOSTELICH, Eric John & ARMBRUSTER, Dieter.  Introductory Differential Equations. From Linearity to Chaos.  Addison-Wesley, 1996.

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site Moodle du cours de MAT805.  Par la suite, on accède à tout le contenu du cours en allant vers le groupe 01.

Site personnel de Michel Beaudin.