Bac S – Pondichéry avril 2017

Pondichéry – Avril 2017

Bac S – Mathématiques – Correction

L’énoncé de ce sujet de bac est disponible ici : obligatoire et spécialité

Ex 1

Exercice 1

Partie A

  1. On peut représenter la situation à l’aide de l’arbre pondéré suivant :

    D’après la formule des probabilités totales on a :
    $\begin{align*} p(C)&=p(A\cap C)+p\left(\conj{A}\cap C\right) \\
    &=0,98x+0,95(1-x)\\
    &=0,98x+0,95-0,95x\\
    &=0,03x+0,95
    \end{align*}$
    $\quad$
  2. On sait que  :
    $\begin{align*} p(C)=0,96 &\ssi 0,03x+0,95=0,96\\
    &\ssi 0,03x=0,01\\
    &\ssi x = \dfrac{1}{3}
    \end{align*}$
    Ainsi $p(A)=\dfrac{1}{3}$ et $p(B)=1-\dfrac{1}{3}$ $=\dfrac{2}{3}$ $=2p(A)$.
    $\quad$

Partie B

  1. On sait que $E(Z)=5$ or $E(Z)=\dfrac{1}{\lambda}$
    Par conséquent $\dfrac{1}{\lambda}=5 \ssi \lambda = \dfrac{1}{5}=0,2$.
    $\quad$
  2. $P(Z>2)=\e^{-0,2\times 2}=\e^{-0,4}$
    $\quad$
  3. On veut calculer $P_{Z\pg 3}(Z\pg 5)=P_{Z\pg 3}(Z\pg 3+2)$.
    Les lois exponentielles sont sans vieillissement.
    Par conséquent  :$P_{Z\pg 3}(Z\pg 3+2)=P(Z\pg 2)=\e^{-0,4}$.
    $\quad$

Partie C

  1. A l’aide de la calculatrice on trouve $P(83 \pp X \pp 87)\approx 0,683$.
    $\quad$
    La probabilité que la teneur en cacao soit différente de plus de $2\%$ du pourcentage annoncé sur l’emballage est :
    $1-P(83 \pp X\pp 87) \approx 0,317$.
    $\quad$
  2. $\quad$
    $\begin{align*} P(85-a\pp X\pp 85+a)=0,9&\ssi P(-a\pp X-85\pp a)=0,9 \\
    &\ssi P\left(-\dfrac{a}{2}\pp \dfrac{X-85}{2}\pp \dfrac{a}{2}\right)=0,9
    \end{align*}$
    La variable aléatoire $Z=\dfrac{X-85}{2}$ suit la loi normale centrée réduite.
    Par conséquent :
    $\begin{align*} P\left(-\dfrac{a}{2}\pp \dfrac{X-85}{2}\pp \dfrac{a}{2}\right)=0,9 &\ssi P\left(-\dfrac{a}{2}\pp Z\pp \dfrac{a}{2}\right)=0,9 \\
    &\ssi 2P\left(Z\pp \dfrac{a}{2}\right)-1=0,9\\
    &\ssi 2P\left(Z\pp \dfrac{a}{2}\right)=1,9\\
    &\ssi P\left(Z\pp \dfrac{a}{2}\right)=0,95
    \end{align*}$
    A l’aide de la touche Inverse loi normale de la calculatrice on trouve : $\dfrac{a}{2}\approx 1,645$
    Par conséquent $a\approx 3,29$.
    Cela signifie donc que $90\%$ des tablettes de chocolat commercialisable ont une teneur en cacao comprise entre $81,71\%$ et $88,29\%$.
  3. On a $n=10~000 \pg 30$, $p=0,9$ donc $np=9~000\pg 5$ et $n(1-p)=1~000\pg 5$.
    Un intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de $95\%$ est :
    $\begin{align*} I_{10~000}&=\left[0,9-1,96\times \sqrt{\dfrac{0,9\times 0,1}{10~000}};0,9+1,96\times \sqrt{\dfrac{0,9\times 0,1}{10~000}}\right] \\
    &=[0,89~412;0,90~588]
    \end{align*}$
    La fréquence observée de tablettes répondant au critère annoncé est $f=\dfrac{550-80}{550}\approx 0,855 \notin I_{10~000}$.
    Au risque d’erreur de $5\%$ on peut remettre en cause l’affirmation du responsable achat de l’enseigne.
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2

  1. a. On considère l’équation $z^2-6z+c=0$
    Son discriminant est $\Delta=36-4c=4(9-c)$
    On sait que $c>9$. Par conséquent $\Delta <0$.
    L’équation $(E)$ admet donc deux solutions complexes non réelles.
    $\quad$
    b. Les solutions sont donc :
    $z_1=\dfrac{6-\ic\sqrt{4(c-9)}}{2}=\dfrac{6-2\ic\sqrt{c-9}}{2}=3-\ic\sqrt{c-9}$ et $z_2=\conj{z_1}=3+\ic\sqrt{c-9}$.
    $\quad$
  2. $OA=\left|z_A\right|=\sqrt{9+c-9}=\sqrt{c}$
    $OB=\left|z_B\right|=\sqrt{9+c-9}=\sqrt{c}$
    Le triangle $OAB$ est donc isocèle en $O$.
    $\quad$
  3. $AB=\left|z_A-z_B\right|=\left|2\ic\sqrt{c-9}\right|=2\sqrt{(c-9)}$.
    Le triangle $OAB$ est rectangle en $O$
    $\ssi AB^2=OA^2+OB^2$
    $\ssi 4(c-9)=2c$
    $\ssi 4c-36=2c$
    $\ssi 2c-36=0$
    $\ssi c=18$
    Il existe donc bien une seule valeur du réel $c$ pour laquelle le triangle $OAB$ est rectangle et $c=18$.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

Partie A : Étude de la fonction $\boldsymbol{f}$

  1.  On appelle $u$ la fonction définie sur $[-2,5;2,5]$ par $u(x)=-2x^2+13,5$.
    La fonction $u$ est dérivable sur cet intervalle en tant que polynôme et, de par la définition de la fonction $f$, est également strictement positive sur cet intervalle.
    Par composition des fonctions, la fonction $f$ est dérivable sur l’intervalle $[-2,5;2,5]$
    $f(x)=\ln\left(u(x)\right)$ donc $f'(x)=\dfrac{u'(x)}{u(x)}$.
    $f'(x)=\dfrac{-4x}{-2x^2+13,5}$
    $\quad$
  2. Puisque $-2x^2+13,5>0$ sur l’intervalle $[2,5;2,5]$ le signe de $f'(x)$ ne dépend que de celui de $-4x$.
    Ainsi $f'(x)>0$ sur l’intervalle $[-2,5;0]$ et $f'(x)>0$ sur l’intervalle $[0;2,5]$.
    On obtient alors le tableau de variation suivant :

    D’après le tableau de variation, on en déduit donc que $f(x)$ est positif sur l’intervalle $[-2,5;2,5]$.$\quad$

Partie B : Aire de la zone de creusement

  1. La hauteur du tunnel est $h=\ln(13,5)\approx 2,6$.
    La largeur du tunnel est $\ell = 2,5\times 2=5 \neq 2h$.
    La courbe $\mathscr{C}$ n’est donc pas un arc de cercle de centre $O$.
    $\quad$
  2. Par symétrie $\mathscr{A}$ est le double de l’aire comprise entre la courbe $\mathscr{C}$, l’axe des abscisses, la droite d’équation $x=0$ et celle d’équation $x=2,5$.
    Donc :
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\displaystyle 2\int_0^{2,5}f(x)\dx ~~ \text{u.a.} \\
    &=2\int_0^{2,5}f(x)\dx \times 2^2 \text{ m}^2 \\
    &=8\int_0^{2,5}f(x)\dx \text{ m}^2
    \end{align*}$
    $\quad$
  3. a. A l’étape $1$ on a $R=0,130~116$ et $S=0,130~116$
    A l’étape $4$ on a $S=0,519~981$
    A l’étape $50$ on a $R=0$ et $S=5,197~538$
    A l’affichage $S=5,197~538$
    $\quad$
    b. En utilisant l’inégalité fournie on a :
    $ a \pp I \pp a +\dfrac{f(0)-f(0,5)}{n}\times 2,5$
    soit $ 5,197~538 \pp I \pp 5,197~538+0,05\ln(13,5)$
    d’où $5,197~538 \pp I\pp 5,327~673$
    Par conséquent $41,580~304 \pp 8I \pp 42,621~380$
    C’est-à-dire  $41,580~304 \pp \mathscr{A} \pp 42,621~380$
    Une valeur approchée, au mètre carré près, de la zone de creusement est donc $\mathscr{A} \approx 42$ m$^2$.
    En effet $42-1 \pp 41,580~304 \pp \mathscr{A} \pp 42,621~380\pp 42+1$
    $\quad$

 

Ex 4 obl

Exercice 4

Partie A : Conjectures

  1. En B3 on a pu saisir : $=2*B2-A2+3$
    En $C3$ on a pu saisir : $=2\wedge A3$
    $\quad$
  2. Il semblerait que la limite de la suite $\left(u_n\right)$ soit $+\infty$.
    $\dfrac{3~080}{1~024}\approx 3,008$
    $\dfrac{6~153}{2~048}\approx 3,004$
    $\dfrac{12~298}{4~096}\approx 3,002$
    $\dfrac{24~587}{8~192}\approx 3,001$
    Il semblerait que la limite de la suite $\left(\dfrac{u_n}{v_n}\right)$ soit $3$.
    $\quad$

Partie B : Étude de la suite $\boldsymbol{\left(u_n\right)}$

  1. Initialisation : Si $n=0$ alors $u_0=1$ et $3\times 2^0-0-2=3-2=1$
    La  propriété est vraie au rang $0$
    $\quad$
    Hérédité : Supposons la propriété vraie au rang $n$ : $u_n=3\times 2^n+n-2$
    $\begin{align*} u_{n+1}&=2u_n-n+3\\
    &=2\left(3\times 2^n+n-2\right)-n+3\\
    &=3\times 2^{n+1}+2n-4-n+3\\
    &=3\times 2^{n+1}+n-1\\
    &=3\times 2^{n+1}+(n+1)-2
    \end{align*}$
    La propriété est donc vraie au rang $n+1$
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$ on a $u_n=3\times 2^n+n-2$.
    $\quad$
  2. $2>1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty}2^n=+\infty$ et $\lim\limits_{n\to +\infty}3\times 2^n=+\infty$
    De plus $\lim\limits_{n\to +\infty}n-2=+\infty$
    Par somme de limite $\lim\limits_{n\to +\infty}u_n=+\infty$
    $\quad$
  3. On cherche la plus petite valeur de $n$ telle que $ u_n\pg 10^6$
    Les suites de terme général $\left(3\times 2^n\right)$ et $(n-2)$ sont croissantes. Par conséquent la suite $\left(u_n\right)$ est également croissante.
    On a $u_{18}=786~448$ et $u_{19}=1~572~881$
    Par conséquent c’est à partir du rang $19$ que $u_n\pg 10^6$.
    $\quad$

Partie C : Étude de la suite $\boldsymbol{\left(\dfrac{u_n}{v_n}\right)}$.

  1. On note $w_n=\dfrac{u_n}{v_n}$
    $\begin{align*}w_{n+1}-w_n&=\dfrac{3\times 2^{n+1}+n-1}{2^{n+1}}-\dfrac{3\times 2^n+n-2}{2^n} \\
    &=3+\dfrac{n-1}{2^{n+1}}-3-\dfrac{n-2}{2^n}\\
    &=\dfrac{n-1}{2^{n+1}}-\dfrac{2(n-2)}{2^{n+1}}\\
    &=\dfrac{n-1-2n+4}{2^{n+1}}\\
    &=\dfrac{3-n}{2^{n+1}}
    \end{align*}$
    Par conséquent, si $n\pg 3$ alors $w_{n+1}-w_n\pp 0$ et la suite $\left(\dfrac{u_n}{v_n}\right)$ est décroissante.
    $\quad$
  2. $\quad$
    $\begin{align*} \dfrac{u_n}{v_n}&=3-\dfrac{n-2}{2^n}\\
    &=3-\dfrac{n}{2^n}+\dfrac{2}{2^n} \\
    &=3-\dfrac{n}{2^n}+2\left(\dfrac{1}{2}\right)^n
    \end{align*}$
    $\lim\limits_{n \to +\infty} \dfrac{1}{n}=0$
    D’après le théorème des gendarmes $\lim\limits_{n \to +\infty} \dfrac{n}{2^n}=0$
    $-1<\dfrac{1}{2}<1$ donc $\lim\limits_{n \to +\infty} \left(\dfrac{1}{2}\right)^n=0$
    Ainsi, par somme des limites $\lim\limits_{n \to +\infty} \dfrac{u_n}{v_n}=3$

Ex 4 spé

Exercice 4

Partie A : Conjectures

  1. En B3 a pu saisir $=2*B2+3*C2$
    En C3 on a pu saisir $=2*B2+C2$
    $\quad$
  2. PGCD$(1;1)=1$, PGCD$(5;3)=1$, PGCD$(19,13)=1$.
    Il semblerait donc que PGCD$\left(u_n;v_n\right)=1$ pour tout entier naturel $n$.
    $\quad$
  3. $\dfrac{u_{10}}{v_{10}}\approx 1,499~999~4$
    $\dfrac{u_{11}}{v_{11}}\approx 1,500~000~15$
    $\dfrac{u_{12}}{v_{12}}\approx 1,499~999~96$
    $\dfrac{u_{13}}{v_{13}}\approx 1,500~000~01$
    Il semblerait donc que la suite $\left(\dfrac{u_n}{v_n}\right)$ converge vers $1,5$.

$\quad$

Partie B : Étude arithmétique

  1. Initialisation : Si $n=0$ alors $2u_0-3v_0=2-3=-1=(-1)^{0+1}$
    La propriété est vraie au rang $0$
    $\quad$
    Hérédité : Supposons la propriété vraie au rang $n$ : $2u_n-3v_n=(-1)^{n+1}$
    $\begin{align*} 2u_{n+1}-3v_{n+1}&=2\left(2u_n+3v_n\right)-3\left(2u_n+v_n\right) \\
    &=4u_n+6v_n-6u_n-3v_n \\
    &=-2u_n+3v_n \\
    &=-\left(2u_n-3v_n\right)\\
    &=-(-1)^{n+1}\\
    &=(-1)^{n+2}
    \end{align*}$
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Pour tout entier naturel $n$ on a donc $2u_n-3v_n=(-1)^{n+1}$.
    $\quad$
  2. Si $n$ est impair alors $u_n-3v_n=(-1)^{n+1}=1$
    D’après le théorème de Bezout on a PGCD$\left(u_n;v_n\right)=1$
    Si $n$ est pair alors $-\left(u_n-3v_n\right)=-(-1)^{n+1}=1$
    Donc $3v_n-2u_n=1$
    D’après le théorème de Bezout on a PGCD$\left(u_n;v_n\right)=1$
    Dans tous les cas on a PGCD$\left(u_n;v_n\right)=1$.
    $\quad$

Partie C : Étude matricielle

  1. a.
    $\begin{align*} \begin{pmatrix}2&-3\\1&1\end{pmatrix}\times P&=\begin{pmatrix} 2+3&6-6\\1-1&3+2\end{pmatrix} \\
    &=\begin{pmatrix}5&0\\0&5\end{pmatrix}
    \end{align*}$
    Par conséquent $\dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}2&-3\\1&1\end{pmatrix}\times P=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}$
    La matrice $\dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}2&-3\\1&1\end{pmatrix}$ est donc l’inverse de $P$.
    $\quad$
    b. 
    $\begin{align*} X_n&=Q_nP^{-1}X_0 \\
    &=Q_n\times \dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}2&-3\\1&1\end{pmatrix} \times \begin{pmatrix}1\\1\end{pmatrix} \\
    &=\dfrac{1}{5}\times Q_n\times \begin{pmatrix}-1\\2\end{pmatrix}\\
    &=\dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}(-1)^{n+1}+3\times 2^{n+1}\\(-1)^n+2^{2n+2}\end{pmatrix}
    \end{align*}$
    Par conséquent $\begin{cases}u_n=\dfrac{(-1)^{n+1}+3\times 2^{2n+1}}{5}\\\\v_n=\dfrac{(-1)^n+2^{2n+2}}{5}\end{cases}$
    $\quad$
  2. a.
    $\begin{align*} \dfrac{u_n}{v_n}&=\dfrac{\dfrac{(-1)^{n+1}+3\times 2^{2n+1}}{5}}{\dfrac{(-1)^n+2^{2n+2}}{5}} \\
    &=\dfrac{(-1)^{n+1}+3\times 2^{2n+1}}{(-1)^n+2^{2n+2}} \\
    &=\dfrac{\dfrac{(-1)^{n+1}}{2^{2n+1}+3}}{\dfrac{(-1)^n}{2^{2n+1}+2}}
    \end{align*}$
    $\quad$
    b. $\dfrac{(-1)^{n+1}}{2^{2n+1}}=\dfrac{-1}{2}\times \dfrac{(-1)^{n}}{4^n}=-\dfrac{1}{2}\left(-\dfrac{1}{4}\right)^n$
    $\dfrac{(-1)^{n}}{2^{2n+1}}=\dfrac{1}{2}\times \dfrac{(-1)^{n}}{4^n}=\dfrac{1}{2}\left(-\dfrac{1}{4}\right)^n$
    Or $-1<-\dfrac{1}{4}<1$ donc $\lim\limits_{n \to +\infty}\left(-\dfrac{1}{4}\right)^n=0$
    Donc $\lim\limits_{n \to +\infty}\dfrac{u_n}{v_n}=\dfrac{3}{2}$.
    $\quad$

Ex 5

Exercice 5

On recherche trois points du cube appartenant au plan $\mathscr{P}$.

Les points $B(1;0;0)$, $I\left(\dfrac{1}{2};1;0\right)$ et $J\left(\dfrac{2}{3};0;1\right)$ appartiennent au plan $\mathscr{P}$ d’équation $x+\dfrac{1}{2}x+\dfrac{1}{3}z-1=0$.

En effet  :

  • $1+0+0-1=0$ (point $B)$
  • $\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{2}+0-1=0$ (point $I$)
  • $\dfrac{2}{3}+0+\dfrac{1}{3}-1=0$ (point $J$)

Les plan $\mathscr{P}$ et $(BIJ)$ sont donc confondus.

Les plans $(ABC)$ et $(EFG)$ sont parallèles. Par conséquent, l’intersection du plan $(EFG)$ avec le plan $(BIJ)$ est la droite parallèle à $(BI)$ passant par $J$. Le point $L$ est le point d’intersection de cette droite avec l’arête $[GH]$.

 

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Énoncé spé

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