Déterminer l'équation d'une droite quelconque

Déterminer l'équation d'une droite dans le plan

Dans cette fiche nous allons voir comment déterminer l'équation d'une droite : \(y = ax + b\) modélisant l'évolution d'une grandeur \(y\) en fonction d'une grandeur \(x\) lorsqu'il n'est pas possible de lire directement l'ordonnée à l'origine de la droite de régression linéaire sur la figure.

Exemple Caractéristique d'un générateur

On modélise l'évolution de la tension aux bornes d'un générateur en fonction du courant qui le parcourt par la relation \(U = E - r  I\) .

\(U\) est la tension (unité : volt V) aux bornes du générateur, \(I\) est l'intensité (unité : ampère A) qui le traverse, \(E\) est sa force électromotrice (unité : volt V) et \(r\) sa résistance interne (unité : Ohm \(\Omega\)).

Déterminer les valeurs de \(E\) et \(r\)

On rappelle que : \(1~\mbox{V}\cdot\mbox{A}^{-1}=1~\Omega\)

Explication

Analogie avec la situation mathématique de référence :

Situation de chimie présentée ici

\(U = E - r  I\)

Situation typique de mathématiques

\(y=b+a\cdot x\)

\(U\)

\(y\) : fonction

\(I\)

\(x\) : variable

\(-r\)

\(a\) : pente

\(E\)

\(b\) : ordonnée à l'origine

Lecture graphique :

  • Pente : on calcule la pente à partir des deux points de la droite :

    • On choisit deux points \(C\) et \(D\) sur la droite, par exemple : \(C(2 \mbox{ A} ;40 \mbox{ V})\) et \(D(6 \mbox{ A} ;20 \mbox{ V})\) (voir graphe ci-après)

    • On applique la formule qui permet de déterminer la pente :

      pente = \(r=\dfrac{y_D-y_C}{x_D-x_C}=\dfrac{20\mbox{ V}-40\mbox{ V}}{6\mbox{ A}-2\mbox{ A}}\).

    • On réalise l'application numérique : \(r=\dfrac{-20}{4}=-5\), donc \(r=\dfrac{-20}{4} \dfrac{V}{A}=-5 \dfrac{V}{A}\)

    • On réalise le changement d'unité : \(r = 5~\Omega\)

  • Ordonnée à l'origine :

    • On applique la formule \(E = U + r I\) ,

      On utilise le point de coordonnées \(A(I = 2 \mbox{ A} ; U = 40 \mbox{ V})\)

      et le résultat de la pente : \(r = 5\mbox{ }\Omega\)

    • On réalise l'application numérique : \(E= 40 + 5 \times 2 = 50\mbox{ V}\)

Méthode Lorsque l'axe horizontal (Ox) commence à zéro

  1. Identifier

    • de \(y\) : la grandeur dont on étudie la variation

    • de \(x\) : la grandeur que l'on a fait varier pendant l'expérience

    • de \(a\) : la pente (aussi appelée coefficient directeur)

    • de \(b\) : l'ordonnée à l'origine

  2. Déterminer la pente en choisissant deux points sur la droite et en utilisant la formule : \(a = \dfrac{y_D - y_C}{x_D - x_C}\)

  3. Déterminer l'ordonnée à l'origine en utilisant la formule : \(b = y_C-a \times x_C\) .

Attention Unités

  • \(b\) a la même unité que \(y\),

  • \(a\) a la même unité que \(\dfrac{y}{x}\)

Complément Droite parallèle à (Oy)

Cas particulier: si la droite est parallèle à l'axe \((Oy)\) , \(a\) n'est pas défini et on a alors l'équation \(x = x_0\)

Rappel Le sens des paramètres d'une droite

Dans un modèle affine de la forme \(y=ax+b\),

  • \(a\) est le coefficient directeur : il indique de combien \(y\) augmente quand \(x\) augmente de 1

    • Si la droite "monte", \(a\) est positif

    • Si la droite "descend", \(a\) est négatif

  • \(b\) est l'ordonnée à l'origine : elle indique quelle est la valeur de \(y\) quand \(x = 0\)

    • Si la droite passe par l'origine (point de coordonnées ( 0 ; 0 )), alors \(b=0\)