Bac S – Amérique du Sud – Novembre 2018

Amérique du Sud – Novembre 2018

Bac S – Mathématiques – Correction

L’énoncé de ce sujet de bac est disponible ici.

Ex 1

Exercice 1

Partie A

  1. D’après la formule des probabilités totales on a :
    $\begin{align*} &P(F)=P(B\cap F)+P\left(\conj{B}\cap F\right) \\
    &\ssi 0,54=0,65\times 0,72+P\left(\conj{B}\cap F\right) \\
    &\ssi 0,54=0,468+P\left(\conj{B}\cap F\right) \\
    &\ssi P\left(\conj{B}\cap F\right)=0,072
    \end{align*}$
    $\quad$
    $\quad$
  2. On a :
    $\begin{align*} P_F\left(\conj{B}\right)&=\dfrac{P\left(\conj{B}\cap F\right)}{P(F)} \\
    &=\dfrac{0,072}{0,54} \\
    &=\dfrac{2}{15} \\
    &\approx 0,133\end{align*}$
    $\quad$
  3. On veut calculer :
    $\begin{align*} p_{\conj{B}}(F)&=\dfrac{P\left(\conj{B}\cap F\right)}{P(F)} \\
    &=\dfrac{0,072}{1-0,65} \\
    &=\dfrac{36}{175}\\
    &\approx 0,206
    \end{align*}$
    $\quad$

Partie B

  1. On veut calculer $P(X > 95) = 0,5-P(90 \pp X \pp 95) \approx 0,006$.
    La probabilité qu’il ne puisse pas répondre à la demande des clients durant le mois est d’environ $0,006$.
    $\quad$
  2. À l’aide de la calculatrice on trouve $a\approx 85,89$
    Cela signifie que la probabilité que le commerçant vende moins de $85,89$ kilogramme de farine est de $2\%$.
    $\quad$

Partie C

On a $n=2~500$ et $p=0,468$.
Par conséquent $n\pg 30$, $np=1~170\pg 5$ et $n(1-p)=1~130 \pg 5$.

Un intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de $95\%$ est donc :
$\begin{align*} I_{2~500}&=\left[0,468-1,96\sqrt{\dfrac{0,468\times 0,532}{2~500}};0,468+1,96\sqrt{\dfrac{0,468\times 0,532}{2~500}}\right] \\
&\approx [0,448;0,488]\end{align*}$

La fréquence observée est $f=\dfrac{1~025}{2~500}=0,41 \notin I_{2~500}$

La clientèle du commerçant n’est donc pas, au risque d’erreur de $5\%$, représentative des consommateurs en France

$\quad$

Ex 2

Exercice 2

  1. Pour tout réel $x$ positif on a $ f'(x)=10u'(x)\e^{u(x)}$.
    Or $u'(x)=-\left(-\dfrac{1}{10}\right)\e^{2-\frac{x}{10}}=-\dfrac{u(x)}{10}$
    Par conséquent $f'(x)=-\dfrac{10}{u(x)}\times 10\e^{u(x)} = -u(x)\e^{u(x)}$.
    La fonction exponentielle est strictement positive. Le signe de $f'(x)$ ne dépend donc que de celui de $-u(x)$.
    Or $u(x)=-\e^{2-\frac{x}{10}}$.
    Du fait de la positivité de la fonction exponentielle on a $u(x)<0$ sur $[0;+\infty[$.
    Ainsi, $f'(x)>0$ sur l’intervalle $[0;+\infty[$.
    La fonction $f$ est donc strictement croissante sur $[0;+\infty[$.
    $\quad$
  2. a. $u(20)=-\e^{2-\frac{20}{10}}=-\e^0=-1$
    Donc $f(20)=10\e^{-1} \approx 3,7$
    Après vingt jours de repousse la queue mesure environ $3,7$ cm.
    $\quad$
    b. On a $\lim\limits_{x \to +\infty} 2-\dfrac{x}{10}=-\infty$ et $\lim\limits_{X \to -\infty} \e^X=0$.
    Donc $\lim\limits_{x \to +\infty} u(x)=0$.
    Par conséquent $\lim\limits_{x \to +\infty} f(x)=10\e^0=10<11$.
    La fonction $f$ est strictement croissante sur $[0;+\infty[$ et majorée par $10$.
    La queue du lézard ne donc pas mesurer $11$ cm.
    $\quad$
  3. a. La fonction exponentielle est strictement positive.
    Le signe de $f\dsec(x)$ ne dépend donc que de celui de $u(x)\left(1+u(x)\right)$.
    On a vu à la question 1. que $u(x)<0$ sur l’intervalle $[0;+\infty[$.
    Étudions le signe de $1+u(x)$.
    On veut résoudre l’équation
    $\begin{align*} 1+u(x)=0&\ssi -\e^{2-\frac{x}{10}}=-1 \\
    &\ssi \e^{2-\frac{x}{10}}=\e^0 \\
    &\ssi 2-\dfrac{x}{10}=0 \\
    &\ssi x=20\end{align*}$
    De plus
    $\begin{align*} 1+u(x)>0&\ssi -\e^{2-\dfrac{x}{10}}>-1 \\
    &\ssi \e^{2-\dfrac{x}{10}}<\e^0 \\
    &\ssi 2-\dfrac{x}{10}<0 \\
    &\ssi x>20\end{align*}$
    On obtient ainsi le tableau de signes suivant :

    Par conséquent la fonction $f$ est croissante sur l’intervalle $[0;20]$ et décroissante sur l’intervalle $[20;+\infty[$.
    $\quad$
    b. La fonction $f’$ atteint donc son maximum quand $x=20$.
    La vitesse de croissance de la longueur de la queue du lézard est maximale au bout de $20$ jours.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

  1. Montrons que les deux droites ne possèdent pas de point d’intersection. Pour cela on résout le système :
    $\begin{align*} \begin{cases} 3+t=10k\\6t=2+6k\\-3t=-4k \end{cases} &\ssi \begin{cases} k=\dfrac{3}{4}t \\3+t=\dfrac{15}{2}t\\6t=2+\dfrac{9}{2}t \end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} k=\dfrac{3}{4}t\\3=\dfrac{13}{2}t\\\dfrac{3}{2}t=2 \end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases}k=\dfrac{3}{4}t\\t=\dfrac{6}{13}\\t=\dfrac{4}{3}\end{cases} \end{align*}$
    Les deux dernières équations n’étant pas compatibles, le système n’admet pas de solution et les droites ne sont pas sécantes.
    Les deux espèces ne sont donc jamais amenées à se croiser avant d’arriver sur l’île.
    $\quad$
  2. a. Un vecteur directeur de la droite $\mathscr{D}_1$ est $\vect{u_1}\begin{pmatrix}1\\6\\-3\end{pmatrix}$.
    On a donc $\vect{u_1}.\vec{n}=3+78-81=0$.
    Le vecteur $\vec{n}$ est normal à la droite $\mathscr{D}_1$.
    Un vecteur directeur de la droite $\mathscr{D}_2$ est $u_2\begin{pmatrix}10\\6\\-4\end{pmatrix}$.
    On a donc $\vect{u_2}.\vec{n}=30+78-108=0$.
    Le vecteur $\vec{n}$ est normal à la droite $\mathscr{D}_2$.
    $\quad$
    b. $H$ appartient à la droite $\mathscr{D}_1$. Il existe un réel $t$ tel que $H(3+t;6t;-3t)$.
    $H’$ appartient à la droite $\mathscr{D}_2$. Il existe un réel $k$ tel que $H'(10k;2+6k;-4k)$
    On a donc $\vect{HH’}\begin{pmatrix}10k-3-t\\2+6k-6t\\-4k+3t\end{pmatrix}$.
    Les vecteurs $\vect{HH’}$ et $\vec{n}$ sont colinéaires si, et seulement si, il existe un réel $\ell$ tel que $\vect{HH’}=\ell \vec{n}$.
    D’après le logiciel de calcul formel cela signifie que $k=\dfrac{675}{1~814}$ et $t=\dfrac{603}{907}$.
    Ainsi les coordonnées de $\vect{HH’}$ sont $\begin{pmatrix} \dfrac{51}{907}\\\dfrac{221}{907}\\\dfrac{459}{907}\end{pmatrix}$.
    Par conséquent :
    $\begin{align*} HH’&=\| \vect{HH’} \| \\
    &=\sqrt{\dfrac{51^2+221^2+459^2}{907^2}} \\
    &\sqrt{\dfrac{262~123}{907}} \\
    &\approx 0,56\end{align*}$
    L’unité est de $100$ mètres.
    Ainsi la distance minimale entre les droites $\mathscr{D}_1$ et $\mathscr{D}_2$ est d’environ $56$ mètres.
    $\quad$
  3. a. $M$ appartient à la droite $\mathscr{D}_1$. Il existe un réel $t$ tel que $M(3+t;6t;-3t)$.
    Par conséquent
    $\begin{align*} BM&=\sqrt{(3+t-2)^2+(6t-4)^2+(-3t)^2} \\
    &=\sqrt{(t+1)^2+36t^2+16-48t+9t^2} \\
    &=\sqrt{t^2+2t+1+45t^2-48t+16} \\
    &=\sqrt{46t^2-46t+17}
    \end{align*}$
    La fonction racine carrée est strictement croissante sur $[0;+\infty[$.
    La distance $BM$ est donc minimale quand la fonction $t\mapsto 46t^2-54t+17$ l’est.
    Le minimum de cette fonction est atteint quand $t=-\dfrac{-46}{2\times 46}=\dfrac{1}{2}$
    Les coordonnées du point $M$ cherché sont donc $M\left(\dfrac{7}{2};3;-\dfrac{3}{2}\right)$.
    $\quad$
    b. En prenant $t=\dfrac{1}{2}$ on obtient :
    $BM=\sqrt{46t^2-46t+17}=\dfrac{\sqrt{11}}{2} \approx 2,35$.
    L’unité est de $100$ mètres.
    La distance minimale entre la balise et les tortues vertes est d’environ $235$ mètres.
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4

Les quatre points sont distincts sont les quatre affixes sont deux à deux différentes.

$z_A+z_C=z_B+z_D\ssi z_A-z_B=z_D-z_C \ssi \vect{BA}=\vect{CD}$.
Le quadrilatère $ABCD$ est donc un parallélogramme.

$\begin{align*} z_A+\ic z_B=z_C+\ic z_D &\ssi z_A-z_C=\ic\left(z_D-z_B\right) \\
&\ssi \dfrac{z_A-z_C}{z_D-z_B}=\ic  \end{align*}$
Par conséquent $\left(\vect{BD},\vect{CA}\right)=\dfrac{\pi}{2}$ à $2\pi$ près et $\dfrac{CA}{BD}=|\ic|=1$.
Les diagonales du parallélogramme sont perpendiculaires et de même longueur.
$ABCD$ est donc un carré.
$\quad$

 

Ex 5 obl

Exercice 5

Candidats n’ayant pas suivi l’enseignement de spécialité

  1. $u_0=1$ et $u_1=k$ donc $u_2=\dfrac{k^2}{k\times 1}=k$.
    $u_3=\dfrac{k^2}{k\times k}=1$
    $u_4=\dfrac{1^2}{k\times k}=\dfrac{1}{k^2}$
    $\quad$
  2. a. On saisi en $B4$ la formule $=B3*B3/(\$E\$2*B2)$
    $\quad$
    b. Il semblerait que la suite $\left(u_n\right)$ converge vers $0$ quand $k=\e$ et tendent vers $+\infty$ quand $k=0,9$.
    $\quad$
  3. a. Pour tout entier naturel $n$ on a :
    $\begin{align*} v_{n+1}&=\ln\left(u_{n+2}\right)-\ln\left(u_{n+1}\right) \\
    &=\ln \left(\dfrac{u_{n+2}}{u_{n+1}}\right) \\
    &=\ln \left(\dfrac{u_{n+1}}{\e u_n}\right) \\
    &=\ln \left(u_{n+1}\right)-\ln\left(u_n\right)-\ln \e \\
    &=v_n-1
    \end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc arithmétique de raison $-1$ et de premier terme $v_0=\ln \e-\ln 1=1$.
    $\quad$
    b. Pour tout entier naturel $n$ on a donc $v_n=1-1\times n=1-n$.
    $\quad$
  4. a. Pour tout entier naturel $n$ on a :
    $\begin{align*} S_n&=v_0+v_n+\ldots+ v_{n-1} \\
    &=n\times \dfrac{v_0+v_{n-1}}{2} \\
    &=n\times \dfrac{1+1-(n-1)}{2} \\
    &=n\times \dfrac{3-n}{2} \\
    &=\dfrac{n(3-n)}{2}
    \end{align*}$
    $\quad$
    b. Pour tout entier naturel $n$ on a :
    $\begin{align*} S_n&=v_0+v_1+v_2+\ldots +v_{n-1} \\
    &=\ln \left(u_1\right)-\ln\left(u_0\right)+\ln \left(u_2\right)-\ln\left(u_1\right)+\ln \left(u_3\right)-\ln\left(u_2\right)+\ldots +\ln \left(u_n\right)-\ln\left(u_{n-1}\right)  \quad (*)\\
    &=\ln \left(u_n\right)-\ln\left(u_0\right) \\
    &=\ln \left(u_n\right) \end{align*}$
    Car $u_0=1$ et $\ln 1 =0$
    À l’étape $(*)$ les termes se compensent deux à deux à l’exception de $\ln \left(u_n\right)$ et $\ln\left(u_0\right)$. On parle de somme télescopique.
    $\quad$
  5. a. On a donc d’après les deux questions précédentes
    $\ln \left(u_n\right) =\dfrac{n(3-n)}{2}$ pour tout entier naturel $n$ non nul soit $u_n=\e^{n(3-n)/2}$.
    De plus $\e^{0\times (3-0)/2}=1=u_0$.
    Donc pour tout entier naturel $n$ on a  $u_n=\e^{n(3-n)/2}$.
    $\quad$
    b. On veut déterminer le plus petit entier naturel $n$ tel que :
    $\begin{align*} u_n<10^{-50} &\ssi \e^{n(3-n)/2}<10^{-50} \\
    &\ssi \dfrac{n(3-n)}{2}<\ln \left(10^{-50}\right) \\
    &\ssi -n^2+3n-2\ln \left(10^{-50}\right) <0
    \end{align*}$
    Le discriminant du polynôme du second degré est :
    $\Delta =3^2-4\times 2\ln \left(10^{-50}\right) \approx 930>0$
    Les racines de ce polynômes sont :
    $x_1=\dfrac{-3-\sqrt{\Delta}}{-2}\approx 16,7$
    $x_2=\dfrac{-3+\sqrt{\Delta}}{-2}<0$
    Le coefficient principal du polynôme est $a=-1<0$.
    Le polynôme est donc positif sur l’intervalle $\left[0;x_1\right[$
    Par conséquent la plus petit entier naturel $n$ cherché est $17$.
    $\quad$
    Avec un algorithme, sans utiliser la réponse de la question 5.a :
    $\begin{array}{|l|}
    \hline
    A\leftarrow 1\\
    B\leftarrow \e\\
    N\leftarrow 0\\
    \text{Tant que } B\pg 10^{-50} \\
    \hspace{1cm} C\leftarrow B \\
    \hspace{1cm} B\leftarrow \dfrac{B^2}{\e\times A} \\
    \hspace{1cm} A\leftarrow C \\
    \hspace{1cm} N\leftarrow N+1\\
    \text{Fin Tant que} \\
    \text{Afficher } N+1 \\
    \hline
    \end{array}$
    $\quad$
    Avec un algorithme, en utilisant la réponse de la question 5.a :
    $\begin{array}{|l|}
    \hline
    U\leftarrow 1\\
    N\leftarrow 0\\
    \text{Tant que } U\pg 10^{-50} \\
    \hspace{1cm} N\leftarrow N+1\\
    \hspace{1cm} U\leftarrow \e^{N(3-N)/2}\\
    \text{Fin Tant que} \\
    \text{Afficher } N \\
    \hline
    \end{array}$
    $\quad$

Ex 5 spé

Exercice 5

Candidats ayant suivi l’enseignement de spécialité

Partie A

  1. a. $F_0=2^{2^0}+1=3$
    $F_1=2^{2^1}+1=5$
    $F_2=2^{2^2}+1=17$
    $F_3=2^{2^3}+1=257$
    $\quad$
    b. Ces $4$ nombres sont premiers mais cela ne prouve pas que les suivants le sont également.
    $\quad$
  2. Cela signifie que $F_5$ est divisible par $631$ et donc que $F_5$ n’est pas un nombre premier.
    $\quad$

Partie B

  1. Pour tout entier naturel $n$ non nul on a :
    $\left(F_{n-1}-1\right)^2+1=\left(2^{2^{n-1}}\right)^2+1=2^{2^{n-1}\times 2}+1=2^{2^n}+1=F_n$
    $\quad$
  2. Initialisation : Si $n=1$ alors
    $\ds \prod_{i=0}^0 F_i=F_0=3=5-2=F_1-2$
    La propriété est vraie au rang $1$.
    $\quad$
    Hérédité : On suppose la propriété vraie au rang $n$ :
    $\ds \prod_{i=0}^{n-1} F_i=F_n-2$
    Montrons que la propriété est vraie au rang $n+1$ c’est-à-dire que $\ds \prod_{i=0}^{n} F_i=F_{n+1}-2$
    $\ds \begin{align*}\prod_{i=0}^{n} F_i&=\prod_{i=0}^{n-1} F_i \times F_n \\
    &=\left(F_n-2\right)\times F_n \\
    &={F_n}^2-2F_n \\
    &={F_n}^2-2F_n+1-1 \\
    &=\left(F_n-1\right)^2-1 \\
    &=F_{n+1}-2
    \end{align*}$
    La propriété est donc vraie au rang $n+1$.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $1$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$ non nul on a
    $\ds \prod_{i=0}^{n-1} F_i=F_n-2$
    $\quad$
  3. Pour tous entiers naturels $n$ et $m$ tels que $n>m$ on a :
    $\begin{align*} & \ds \prod_{i=0}^{n-1} F_i=F_n-2 \\
    &\ssi F_n-\prod_{i=0}^{n-1} F_i= 2 \\
    &\ssi F_n-F_m\times \prod_{\begin{array}{l}i=0 \\i\neq m\end{array}}^{n-1} F_i= 2 \end{align*}$
    Il existe donc un entier naturel $\ds q=\prod_{\begin{array}{l}i=0 \\i\neq m\end{array}}^{n-1} F_i$ tel que $F_n-qF_m=2$
    $\quad$
  4. D’après la question précédente le PGCD de $F_n$ et $F_m$ doit diviser $F_n-qF_m$ c’est-à-dire $2$.
    Ainsi ce PGCD vaut $1$ ou $2$.
    Or, pour tout entier naturel $n$, on a $2^{2^n}>0$ donc $F_n$ est un nombre impair et n’est alors pas divisible par $2$.
    Le PGCD de $F_n$ et $F_m$ vaut donc $1$ et deux nombres de Fermat sont toujours premiers entre eux.
    $\quad$

Énoncé

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