Bac – Spécialité mathématiques – Nouvelle Calédonie- sujet 1 – 26 octobre 2022

Nouvelle Calédonie – 26 octobre 2022

Spécialité maths – Sujet 1 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. a.$\lim\limits_{x\to 0} x^2-6x=0$ et $\lim\limits_{x\to 0} \ln(x)=-\infty$ donc $\lim\limits_{x\to 0} f(x)=-\infty$.
    La droite d’équation $x=0$ est donc asymptote à la courbe $\mathscr{C}_f$.
    $\quad$
    b. Pour tout réel $x$ on a $f(x)=x^2\left(1-\dfrac{6}{x}+\dfrac{4\ln(x)}{x^2}\right)$.
    Or $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{1}{x}=0$ et, par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x^2}=0$.
    De plus $\lim\limits_{x\to +\infty} x^2=+\infty$.
    Donc $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$.
    $\quad$
  2. a. La fonction $f$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ par hypothèse.
    Pour tout réel $x>0$ on a:
    $\begin{align*} f'(x)&=2x-6+\dfrac{4}{x} \\
    &=\dfrac{2x^2-6x+4}{x} \\
    &=\dfrac{2\left(x^2-3x+2\right)}{x}\end{align*}$
    $\quad$
    b. Le signe de $f'(x)$ ne dépend que de celui-ci de $x^2-3x+2$.
    Il s’agit d’un polynôme du second degré dont le discriminant est $\Delta=1>0$.
    Les racines de ce polynômes sont :
    $x_1=\dfrac{3+\sqrt{1}}{2}=2$ et $x_2=\dfrac{3-\sqrt{1}}{2}=1$.
    Le coefficient principal du polynôme est $a=1>0$.
    Ainsi :
    $\bullet$ $f'(x)>0$ sur $]0;1[$;
    $\bullet$ $f'(1)=0$;
    $\bullet$ $f'(x)<0$ sur $]1;2[$;
    $\bullet$ $f'(2)=0$;
    $\bullet$ $f'(x)>0$ sur $]2;+\infty[$.
    On obtient donc le tableau de variations suivant :
    $\quad$
    $f(2)=-8+4\ln(2)
    $\quad$
  3. La fonction $f$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur l’intervalle $[4;5]$.
    De plus $f(4)\approx -2,45<0$ et $f(5)\approx 1,44>0$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $f(x)=0$ admet une unique solution sur $[4;5]$.
    $\quad$
  4. a. Pour tout $x>0$
    $\begin{align*} f\dsec(x)>0 &\ssi 2x^2-4>0 \\
    &\ssi x^2>2 \\
    &\ssi x>\sqrt{2}\end{align*}$
    La fonction $f$ est donc concave sur $\left]0;\sqrt{2}\right]$ et convexe sur $\left[\sqrt{2};+\infty\right[$.
    De plus $f\dsec\left(\sqrt{2}\right)=0$ et $f\left(\sqrt{2}\right)=2-6\sqrt{2}+2\ln(2)$.
    Ainsi, $\mathscr{C}_f$ admet un unique point d’inflexion de coordonnées $\left(\sqrt{2};2-6\sqrt{2}+2\ln(2)\right)$.
    $\quad$
    b. La fonction $f$ est concave sur $\left]0;\sqrt{2}\right]$. La courbe $\mathscr{C}_f$ est donc au-dessus de ses cordes sur cet intervalle.
    La fonction $f$ est convexe sur $\left[\sqrt{2};+\infty\right[$. La courbe $\mathscr{C}_f$ est donc au-dessous de ses cordes sur cet intervalle.
    Ainsi :
    – $\mathscr{C}_f$ est au-dessus de $[AM]$ sur $\left]0;\sqrt{2}\right[$.
    – $\mathscr{C}_f$ est au-dessous de $[AM]$ sur $\left]\sqrt{2};+\infty[\right[$.
    $\quad$

 

 

Ex 2

Exercice 2

  1. a. $u_1=-\e^{-1}\approx -0,368$ et $u_2=-\e^{-3-\e^{-1}}\approx -0,034$.
    $\quad$
    b. $\texttt{fonc(2)}$ renvoie la valeur de $u_2$ c’est-à-dire environ $0,034$.
    $\quad$
  2. a. Par hypothèse $f$ est dérivable sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=3x^2\e^x+x^3\e^x \\
    &=x^2\e^x(3+x)\end{align*}$
    $\quad$
    b. La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$.
    Le signe de $f'(x)$ ne dépend donc que de celui de $x+3$.
    Or $x+3=0 \ssi x=-3$ et $x+3>0 \ssi x>-3$.
    La fonction $f$ est donc strictement décroissante sur $]-\infty;-3]$ et strictement croissante sur $[3;+\infty[$.
    De plus, par croissances comparées $\lim\limits_{x\to -\infty} x^3\e^{-x}=0$.
    $\lim\limits_{x\to +\infty} x^3=+\infty$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^x=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$.
    $\begin{align*} f(-3)&=(-3)^3\e^{-3} \\
    &=-27\e^{-3}\end{align*}$
    On a ainsi justifié chacun des éléments du tableau de variations.
    $\quad$
    c. Pour tout $n\in \N$ on pose $P(n):~-1\pp u_n\pp u_{n+1} \pp 0$.
    Initialisation : $u_0=-1$ et $u_1\approx -0,368$.
    On a donc bien $-1\pp u_0\pp u_1 \pp 0$ et $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose que $P(n)$ est vraie.
    $-1\pp u_n \pp u_{n+1} \pp 0$.
    La fonction $f$ est strictement croissante sur $[-1;0]$.
    Par conséquent $f(-1) \pp f\left(u_n\right)\pp f\left(u_{n+1}\right) \pp f(0)$
    Or $f(-1) \approx -0,368$ et $f(0)=0$.
    Ainsi $-1\pp u_{n+1} \pp u_{n+2}\pp 0$.
    $P(n+1)$ est donc vraie.
    $\quad$
    Conclusion : D’après le principe de récurrence, pour tout $n\in \N$ on a $-1\pp u_n\pp u_{n+1} \pp 0$.
    $\quad$
    d. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $0$. Elle converge donc vers un réel $\ell$.
    $\quad$
    e. On a $f(x)=x\ssi x^3\e^x=x \ssi x\left(x^2\e^x-1\right)=0 \ssi x=0$ ou $x^2\e^x-1=0$.
    Or l’équation $x^2\e^x-1=0$ possède une unique solution supérieure à $\dfrac{1}{2}$ et on sait que $-1\pp \ell \pp 0$.
    Ainsi $\ell=0$.
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3

  1. Le point $G$ a pour coordonnées $(3;2;1)$.
    $\quad$
  2. Une équation cartésienne du plan $(EHI)$ est donc de la forme $2x-3z+d=0$.
    Le point $E(0;0;1)$ appartient à ce plan donc $0-3+d=0\ssi d=3$.
    Une équation cartésienne du plan $(EHI)$ est par conséquent $2x-3z+3=0$.
    $\quad$
  3. Le triangle $EIF$ est isocèle en $I$ et $\vect{EF}=\vect{AB}$. Par conséquent l’abscisse de $I$ est $\dfrac{AB}{2}=1,5$.
    Sa côte, $z_I$ vérifie $2\times 1,5-3z_I+3=0 \ssi 3z_I=6 \ssi z_I=2$.
    De plus $I$ appartient au plan $(ABE)$ dont une équation cartésienne est $y=0$.
    Ainsi $I$ a pour coordonnées $(1,5;0;2)$.
    $\quad$
  4. On a $\vect{IE}(-1,5;0;-1)$ et $\vect{IF}(1,5;0;-1)$
    Par conséquent
    $\begin{align*} IE&=\sqrt{(-1,5)^2+(-1)^2} \\
    &=\sqrt{3,25}\end{align*}$
    et $IF=IE=\sqrt{3,25}$.
    D’une part $\vect{IE}.\vect{IF}=-1,5\times 1,5+(-1)\times (-1)=-1,25$
    D’autre part $\vect{IE}.\vect{IF}=IE\times IF\times \cos\widehat{EIF}$
    Ainsi $3,25 \cos\widehat{EIF}=-1,25 \ssi \cos\widehat{EIF}=-\dfrac{5}{13}$
    Donc $\widehat{EIF}\approx 113$°.
    $\quad$
  5. a. La droite $\Delta$ est dirigée par $\vec{u}$ et passe par $R$.
    Une représentation paramétrique de la droite $\Delta$ est donc $$\begin{cases} x=6-3t\\y=-3+4t\\z=-1+t\end{cases}$$
    $\quad$
    b. Le point $K$ appartient au plan $(BFG)$ par conséquent son abscisse est $x_K=3$.
    Le point $K$ appartient à la droite $\Delta$ donc $6-3t=3 \ssi t=1$.
    Ainsi $K$ a pour coordonnées $(3;1;0)$.
    $\quad$
    c. On a $C(3;2;0)$ et $B(3;0;0)$. Donc $K$ est le milieu de $[BC]$ et appartient donc bien à l’arête $[BC]$

 

Ex 4

Exercice 4

  1. On veut calculer
    $\begin{align*} p\left(E_0\cap R_0\right)&=p\left(E_0\right)\times p_{E_0}\left(R_0\right) \\
    &=0,4\times (1-0,01) \\
    &=0,4\times 0,99 \\
    &=0,396\end{align*}$
    Réponse B
    $\quad$
  2. $\left(E_0,E_1\right)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales on a
    $\begin{align*} p\left(R_0\right)&=p\left(E_0\cap R_0\right)+p\left(E_1\cap R_0\right) \\
    &=0,396+p\left(E_1\right)\times p_{E_1}\left(R_0\right) \\
    &=0,396+0,6\times 0,02 \\
    &=0,408\end{align*}$
    Réponse C
    $\quad$
  3. On a
    $\begin{align*} p_{R_1}\left(E_0\right)&=\dfrac{p\left(R_1\cap E_0\right)}{p\left(R_1\right)} \\
    &=\dfrac{p\left(E_0\right)\times p_{E_0}\left(R_1\right)}{1-p\left(R_0\right)}\\
    &=\dfrac{0,4\times 0,01}{1-0,408} \\
    &\approx 0,006~757\end{align*}$
    Réponse C$\quad$
  4. La probabilité qu’il y ait une erreur de transmission est :
    $\begin{align*} p\left(\left(E_0\cap R_1\right)\cup\left(E_1\cap R_0\right)\right)&=p\left(E_0\cap R_1\right)+p\left(E_1\cap R_0\right) \\
    &=p\left(E_0\right)p_{E_0}\left(R_1\right)+p\left(E_1\right)p_{E_1}\left(R_0\right) \\
    &=0,4\times 0,01+0,6\times 0,02 \\
    &=0,016\end{align*}$
    Réponse B
    $\quad$
  5. On appelle $X$ la variable aléatoire comptant le nombre d’octets transmis sans erreur.
    On effectue indépendamment $10$ expérience de Bernoulli de paramètres $0,88$.
    $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=10$ et $p=0,88$.
    Ainsi
    $\begin{align*} p(X=7)&=\dbinom{10}{7}0,88^7\times 0,12^3 \\
    &\approx 0,085\end{align*}$
    Réponse D
    $\quad$
  6. On reprend la variable aléatoire $X$ définie à la question précédente.
    On veut calculer
    $\begin{align*} p(X\pg 1)&=1-p(X=0) \\
    &=1-0,12^{10} \end{align*}$
    Réponse A
    $\quad$
  7. On appelle $Y$ la variable aléatoire comptant le nombre d’octets transmis sans erreur.
    On effectue indépendamment $N$ expérience de Bernoulli de paramètres $0,88$.
    $Y$ suit la loi binomiale de paramètres $N$ et $p=0,88$.
    On veut déterminer la plus grande valeur de $N$ telle que
    $\begin{align*} P(X=N)\pg 0,1 &\ssi 0,88^N\pg 0,1 \\
    &\ssi N\ln(0,88) \pg \ln(0,1) \\
    &\ssi N\pp \dfrac{\ln(0,1)}{\ln(0,88)} \quad \text{car } \ln(0,88)<0 \end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,1)}{\ln(0,88)}\approx 18,01$.
    Par conséquent $N_0=18$.
    Réponse B
    $\quad$

 

 

Énoncé

Le sujet propose 4 exercices.
Le candidat choisit 3 exercices parmi les 4 et ne doit traiter que ces 3 exercices.

Exercice 1     7 points

Principaux domaines abordés : fonctions, fonction logarithme; convexité.

On considère la fonction $f$ définie sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ par $$f(x)=x^2-6x+4\ln(x)$$

On admet que la fonction $f$ est deux fois dérivable sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
On note $f ‘$ sa dérivée et $f\dsec$ sa dérivée seconde.
On note $\mathscr{C}_f$ la courbe représentative de la fonction $f$ dans un repère orthogonal.

  1. a. Déterminer $\lim\limits_{x\to 0} f (x)$.
    Interpréter graphiquement ce résultat.
    $\quad$
    b. Déterminer $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)$.
    $\quad$
  2. a. Déterminer $f'(x)$ pour tout réel $x$ appartenant à $]0;+\infty[$.
    $\quad$
    b. Étudier le signe de $f'(x)$ sur l’intervalle $]0;+\infty[$.
    En déduire le tableau de variations de $f$.
    $\quad$
  3. Montrer que l’équation $f (x) = 0$ admet une unique solution dans l’intervalle $[4; 5]$.
    $\quad$
  4. On admet que, pour tout $x$ de $]0 ; +\infty[$, on a : $$f\dsec(x)=\dfrac{2x^2-4}{x^2}$$
    a. Étudier la convexité de la fonction $f$ sur $]0 ; +\infty[$.
    On précisera les valeurs exactes des coordonnées des éventuels points d’inflexion de $\mathscr{C}_f$.
    $\quad$
    b. On note $A$ le point de coordonnées $\left(\sqrt{2};f\left(\sqrt{2}\right)\right)$.
    Soit $t$ un réel strictement positif tel que $t\neq \sqrt{2}$. Soit $M$ le point de coordonnées $\left(t ; f (t)\right)$.
    En utilisant la question 4. a, indiquer, selon la valeur de $t$, les positions relatives du segment $[AM]$ et de la courbe $\mathscr{C}_f$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Principaux domaines abordés : suites; fonctions, fonction exponentielle

On considère la fonction $f$ définie sur $\R$ par $$f(x) = x^3\e^x$$
On admet que la fonction $f$ est dérivable sur $\R$ et on note $f’$
sa fonction dérivée.

  1. On définit la suite $\left(u_n\right)$ par $u_0 = -1$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} = f\left(u_n\right)$.
    a. Calculer $u_1$ puis $u_2$.
    On donnera les valeurs exactes, puis les valeurs approchées à $10^{-3}$.
    $\quad$
    b. On considère la fonction $\texttt{fonc}$, écrite en langage Python ci-dessous.
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def fonc(n) :}\\
    \quad \text{u =- 1}\\
    \quad \text{for i in range(n) :}\\
    \qquad \text{u=u**3*exp(u)}\\
    \quad \text{return u}\\
    \hline
    \end{array}$$
    On rappelle qu’en langage Python, « $\texttt{i in range (n)}$ » signifie que $\texttt{i}$ varie de $\texttt{0}$ à $\texttt{n-1}$.
    $\quad$
    Déterminer, sans justifier, la valeur renvoyée par $\texttt{fonc(2)}$ arrondie à $10^{-3}$.
    $\quad$
  2. a. Démontrer que, pour tout $x$ réel, on a $f'(x) = x^2\e^x(x+3)$.
    $\quad$
    b. Justifier que le tableau de variations de $f$ sur $\R$ est celui représenté ci-dessous :
    $\quad$

    $\quad$
    c. Démontrer, par récurrence, que pour tout entier naturel $n$, on a : $$-1 \pp u_n \pp u_{n+1} \pp 0$$
    $\quad$
    d. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$
    e. On note $\ell$ la limite de la suite $\left(u_n\right)$.
    On rappelle que $\ell$ est solution de l’équation $f(x) = x$.
    Déterminer $\ell$. $\Big($Pour cela, on admettra que l’équation $x^2\e^x-1 = 0$ possède une
    seule solution dans $\R$ et que celle-ci est strictement supérieure à $\dfrac{1}{2}\Big)$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Principaux domaines abordés : géométrie dans l’espace.

Une maison est constituée d’un parallélépipède rectangle $ABCDEFGH$ surmonté d’un prisme $EFIHGJ$ dont une base est le triangle $EIF$ isocèle en $I$.
Cette maison est représentée ci-dessous.

On a $AB = 3$, $AD = 2$, $AE = 1$.
On définit les vecteurs $\vec{i}=\dfrac{1}{3}\vect{AB}$, $\vec{j}=\dfrac{1}{2}\vect{AD}$, $\vec{k}=\vect{AE}$.
On munit ainsi l’espace du repère orthonormé $\left(A;~\vec{i},~\vec{j},~\vec{k}\right)$.

  1. Donner les coordonnées du point $G$.
    $\quad$
  2. Le vecteur $\vec{n}$ de coordonnées $(2 ; 0 ; -3)$ est vecteur normal au plan $(EHI)$.
    Déterminer une équation cartésienne du plan $(EHI)$.
    $\quad$
  3. Déterminer les coordonnées du point $I$.
    $\quad$
  4. Déterminer une mesure au degré près de l’angle $\widehat{EIF}$.
    $\quad$
  5. Afin de raccorder la maison au réseau électrique, on souhaite creuser une tranchée rectiligne depuis un relais électrique situé en contrebas de la maison.
    Le relais est représenté par le point $R$ de coordonnées $(6 ; -3 ; -1)$.
    La tranchée est assimilée à un segment d’une droite $\Delta$ passant par $R$ et dirigée par le vecteur $\vec{u}$ de coordonnées $(-3 ; 4 ; 1)$. On souhaite vérifier que la tranchée atteindra la maison au niveau de l’arête $[BC]$.
    a. Donner une représentation paramétrique de la droite $\Delta$.
    $\quad$
    b. On admet qu’une équation du plan $(BFG)$ est $x = 3$.
    Soit $K$ le point d’intersection de la droite $\Delta$ avec le plan $(BFG)$.
    Déterminer les coordonnées du point $K$.
    $\quad$
    c. Le point $K$ appartient-il bien à l’arête $[BC]$ ?
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Principaux domaines abordés : probabilités.

Cet exercice est un questionnaire à choix multiples.
Pour chacune des questions suivantes, une seule des quatre réponses proposées est exacte.
Une réponse fausse, une réponse multiple ou l’absence de réponse à une question ne rapporte ni n’enlève de point.

On considère un système de communication binaire transmettant des $0$ et des $1$.
Chaque $0$ ou $1$ est appelé bit.
En raison d’interférences, il peut y avoir des erreurs de transmission :
un $0$ peut être reçu comme un $1$ et, de même, un $1$ peut être reçu comme un $0$.
Pour un bit choisi au hasard dans le message, on note les évènements :

  • $E_0$ : « le bit envoyé est un $0$ »;
  • $E_1$ : « le bit envoyé est un $1$ »;
  • $R_0$ : « le bit reçu est un $0$ »;
  • $R_1$ : « le bit reçu est un $1$ ».

On sait que : $p\left(E_0\right) = 0,4$; $p_{E_0}\left(R_1\right)=0,01$; $p_{E_1}\left(R_0\right)=0,02$.
On rappelle que la probabilité conditionnelle de $A$ sachant $B$ est notée $p_B(A)$.
On peut ainsi représenter la situation par l’arbre de probabilités ci-dessus.

  1. La probabilité que le bit envoyé soit un $0$ et que le bit reçu soit un $0$ est égale à :
    a. $0,99$
    b. $0,396$
    c. $0,01$
    d. $0,4$
    $\quad$
  2. La probabilité $p\left(R_0\right)$ est égale à :
    a. $0,99$
    b. $0,02$
    c. $0,408$
    d. $0,931$
    $\quad$
  3. Une valeur, approchée au millième, de la probabilité $p_{R_1}
    \left(E_0\right)$ est égale
    a. $0,004$
    b. $0,001$
    c. $0,007$
    d. $0,010$
    $\quad$
  4. La probabilité de l’évènement « il y a une erreur de transmission » est égale à :
    a. $0,03$
    b. $0,016$
    c. $0,16$
    d. $0,015$
    $\quad$

Un message de longueur huit bits est appelé un octet.
On admet que la probabilité qu’un octet soit transmis sans erreur est égale à $0,88$.

  1. On transmet successivement $10$ octets de façon indépendante.
    La probabilité, à $10^{-3}$ près, qu’exactement $7$ octets soient transmis sans erreur est égale à :
    a. $0,915$
    b. $0,109$
    c. $0,976$
    d. $0,085$
    $\quad$
  2. On transmet successivement $10$ octets de façon indépendante.
    La probabilité qu’au moins $1$ octet soit transmis sans erreur est égale à :
    a. $1-0,12^{10}$
    b. $0,12^{10}
    c. $0,88^{10}$
    d. $1-0,88^{10}$
    $\quad$
  3. Soit $N$ un entier naturel. On transmet successivement $N$ octets de façon indépendante.
    Soit $N_0$ la plus grande valeur de $N$ pour laquelle la probabilité que les $N$ octets soient tous transmis sans erreur est supérieure ou égale à $0,1$.
    On peut affirmer que :
    a. $N_0 = 17$
    b. $N_0 = 18$
    c. $N_0 = 19$
    d. $N_0 = 20$
    $\quad$

$\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Amérique du Sud – sujet 1 – 26 septembre 2022

Amérique du Sud – 26 septembre 2022

Spécialité maths – Sujet 1 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

Partie A

  1. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$

    $\quad$
  2. a. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(D\cap A)&=P(D)\times P_D(A) \\
    &=0,01\times 0,97 \\
    &=0,009~7\end{align*}$
    La probabilité qu’un danger se présente et que l’alarme s’active est égale à $0,009~7$.
    $\quad$
    b. La probabilité qu’un danger se présente sachant que l’alarme d’active est :
    $\begin{align*} P_A(D)&=\dfrac{P(A\cap D)}{P(A)} \\
    &=\dfrac{0,009~7}{0,014~65} \\
    &\approx 0,662\end{align*}$
    $\quad$
  3. $\left(D,\conj{D}\right)$ est un système complet d’événements fini. D’après la formule des probabilités totales on a :
    $\begin{align*} P(A)=P(A\cap D)+P\left(A\cap \conj{D}\right) &\ssi 0,014~65=0,009~7+P\left(\conj{D}\right)\times P_{\conj{D}}(A) \\
    &\ssi 0,99\times P_{\conj{D}}(A)=0,004~95 \\
    &\ssi P_{\conj{D}}(A)=\dfrac{0,004~95}{0,99} \\
    &\ssi P_{\conj{D}}(A)=0,005\end{align*}$
    $\quad$
  4. La probabilité que l’alarme ne fonctionne pas normalement est :
    $\begin{align*} p&=P\left(\left(\conj{A}\cap D\right)\cup\left(A\cap \conj{D}\right)\right) \\
    &=P(\left(\conj{A}\cap D\right)+P\left(A\cap \conj{D}\right) \qquad \text{(incompatibilité)} \\
    &=P(D)\times P_D\left(\conj{A}\right)+P\left(\conj{D}\right))\times P_{\conj{D}}(A) \\
    &=0,01\times 0,03+0,99\times 0,005 \\
    &=0,005~25 \\
    &<0,01\end{align*}$

Partie B

  1. On répète $5$ fois la même expérience de Bernoulli de paramètre $0,005~25$.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=5$ et $p=0,005~25$.
    $\quad$
  2. La probabilité qu’un seul système d’alarme ne fonctionne pas normalement est :
    $\begin{align*} P(X=1)&=\dbinom{5}{1}\times 0,005~25\times (1-0,005~25)^4 \\
    &\approx 0,025~7\end{align*}$
    $\quad$
  3. La probabilité que, dans le lot prélevé, au moins un système d’alarme ne fonctionne pas normalement est :
    $\begin{align*} P(X\pg 1)&=1-P(X=0) \\
    &=1-(1-0,005~2)^5 \\
    &\approx 0,026~0\end{align*}$
    $\quad$

Partie C

On répète $n$ fois la même expérience de Bernoulli de paramètre $0,005~25$. On appelle $Y$ la variable aléatoire qui donne le nombre de systèmes d’alarme ne fonctionnant pas normalement parmi les $n$ systèmes d’alarme prélevés.
$Y$ suit donc la loi binomiale de paramètre $n$ et $p=0,005~25$.

$\begin{align*} P(Y\pg 1)\pg 0,07&\ssi 1-P(Y=0)\pg 0,07 \\
&\ssi P(Y=0)\pp 0,93 \\
&\ssi (1-0,005~25)^n \pp 0,93 \\
&\ssi n\ln(0,994~75) \pp \ln(0,93) \\
&\ssi n\pg \dfrac{\ln(0,93)}{\ln(0,994~75)} \end{align*}$
Or $\dfrac{\ln(0,93)}{\ln(0,994~75)}\approx 13,79$

Il faut donc prélever au moins $14$ systèmes d’alarme pour que la probabilité d’avoir au moins un système d’alarme qui ne fonctionne pas normalement soit supérieur à $0,07$.

$\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

  1. a. 
    $\begin{align*} u_1&=\dfrac{1}{5}\times 4^2 \\
    &=\dfrac{16}{5} \end{align*}$
    $\quad$
    $\begin{align*} u_2&=\dfrac{1}{5}\times \left(\dfrac{16}{5}\right)^2 \\
    &=\dfrac{256}{125} \end{align*}$
    $\quad$
    b. On peut écrire :
    $\begin{array}{l}
    \text{def suite_u(p) :}\\
    \quad \text{u = 4} \\
    \quad \text{for i in range(1,p+1) :} \\
    \qquad \text{u = u**2 / 5} \\
    \quad \text{return u}\end{array}$
    $\quad$
  2. a. Pour tout entier naturel $n$ on pose $P(n):~~ 0<u_n\pp 4$.
    Initialisation : $u_0=4$ donc $P(0)$ est vraie
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose que $P(n)$ est vraie.
    $\begin{align*} 0<u_n\pp 4 &\Rightarrow 0<u_n^2\pp 16 \\
    &\Rightarrow 0<\dfrac{1}{5} u_n^2 \pp \dfrac{16}{5} \\
    &\Rightarrow0<u_{n+1}\pp 4\end{align*}$
    Donc $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : D’après le principe de récurrence, pour tout entier naturel $n$, on a $0<u_n\pp 4$.
    $\quad$
    b. Soit $n \in \N$
    $\begin{align*} u_{n+1}-u_n&=\dfrac{1}{5}u_n^2-u_n \\
    &=\dfrac{u_n}{5}\left(u_n-5\right)\end{align*}$
    Or $u_n>0$ et $u_n-5<0$ car $u_n\pp 4$
    Par conséquent $u_{n+1}-u_n <0$.
    La suite $\left(u_n\right)$ est donc décroissante.
    $\quad$
    c. La suite $\left(u_n\right)$ est décroissante et minorée par $0$.
    Par conséquent la suite $\left(u_n\right)$ converge vers un réel $\ell$.
    $\quad$
  3. a. On appelle $f$ la fonction définie sur $\R$ par $f(x)=\dfrac{1}{5}x^2$. Elle est continue sur $\R$ en tant que fonction polynôme.
    La suite $\left(u_n\right)$ est convergente et, pour tout entier naturel $n$, on a $u_{n+1}=f\left(u_n\right)$.
    Par conséquent $\ell$ est solution de l’équation $f(x)=x$.
    Ainsi $\ell =\dfrac{1}{5}\ell^2$.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} \ell =\dfrac{1}{5}\ell^2 &\ssi 5\ell-\ell^2=0 \\
    &\ssi \ell(5-\ell)=0 \\
    &\ssi \ell=0 \text{ ou } \ell =5 \end{align*}$
    Pour tout $n\in \N$ on a $0<u_n\pp 4$.
    Par conséquent $\ell$ ne peut pas être égale à $5$.
    Ainsi $\ell=0$.
    $\quad$
  4. a. Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} v_{n+1}&=\ln\left(u_{n+1}\right) \\
    &=\ln\left(\dfrac{1}{5}u_n^2\right) \\
    &=\ln\left(u_n^2\right)-\ln(5) \\
    &=2\ln\left(u_n\right)-\ln(5) \\
    &=2v_n-\ln(5)\end{align*}$
    $\quad$
    b. Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} w_{n+1}&=v_{n+1}-\ln(5) \\
    &=2v_n-\ln(5)-\ln(5) \\
    &=2\left(v_n-\ln(5)\right) \\
    &=2w_n\end{align*}$
    La suite $\left(w_n\right)$ est donc géométrique de raison $2$ et de premier terme
    $\begin{align*} w_0&=v_0-\ln(5)\\
    &=ln(4)-\ln(5) \\
    &=\ln\left(\dfrac{4}{5}\right)\end{align*}$
    $\quad$
    c. Ainsi, pour tout $n\in \N$, $w_n= \ln\left(\dfrac{4}{5}\right)\times 2^n$.
    Donc
    $\begin{align*} v_n&=w_n+\ln(5) \\
    &=\ln(5)+\ln\left(\dfrac{4}{5}\right)\times 2^n \end{align*}$
    $\quad$
  5. $\ln\left(\dfrac{4}{5}\right)<0$ et $1<2$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} \ln\left(\dfrac{4}{5}\right)\times 2^n=-\infty$.
    Par conséquent $\lim\limits_{n\to +\infty} v_n=-\infty$
    Or $v_n=\ln\left(u_n\right)$.
    Donc $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=0^+$
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

Partie A

  1. On a
    $\begin{align*} g(\e)&=1+\e^2\left(1-2\ln(\e)\right) \\
    &=1+\e^2(1-2) \\
    &=1-\e^2 \\
    &\approx -6,39\end{align*}$
    Donc $g(\e)<0$.
    $\quad$
  2. $\lim\limits_{x\to +\infty} 1-2\ln(x)=-\infty$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} x^2=+\infty$
    Donc $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=-\infty$.
    $\quad$
  3. a. Par hypothèse la fonction $g$ est dérivable sur $]0;+\infty[$.
    Ainsi, pour tout $x>0$
    $\begin{align*} g'(x)&=2x\left(1-2\ln(x)\right)+x^2\times \dfrac{-2}{x} \\
    &=2x-4x\ln(x)-2x \\
    &=-4x\ln(x)\end{align*}$
    $\quad$
    b. Pour tout $x>0$ on a $-4x<0$.
    $\ln(x)=0 \ssi x=1$ et $\ln(x)>0 \ssi x>1$.
    Ainsi $f'(x)=0 \ssi x=1$ et $f'(x)<0 \ssi 0<x<1$
    La fonction $f$ est strictement croissante sur $]0;1]$ et strictement décroissante sur $[1;+\infty[$.
    $\quad$
    c. La fonction $g$ est continue (car dérivable) et strictement décroissante sur $[1;+\infty[$.
    $g(1)=2>0$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=-\infty$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $g(x)=0$ admet une unique solution $\alpha$ sur l’intervalle $[1;+\infty[$.
    $\quad$
    d. D’après la calculatrice $g(1,89) \approx 0,02>0$ et $g(1,90) \approx -0,02<0$.
    Donc $1,89 <\alpha<1,90$.
    $\quad$
  4. La fonction $g$ est strictement décroissante sur $[1;+\infty[$ et $g(\alpha)=0$.
    Ainsi:
    – pour tout $x\in [1;\alpha[$ on a $g(x)>0$;
    – $g(\alpha)=0$;
    – pour tout $x\in ]\alpha;+\infty[$ on a $g(x)>0$.
    $\quad$

Partie B

  1. Pour tout $x\in [1;\alpha]$ on a $\ln(x)\pg 0$ donc $g\dsec(x)\pp 0$.
    La fonction $g$ est concave sur l’intervalle $[1;\alpha]$.
    $\quad$
  2. a. $g(1)=2$ et $g(\alpha)=0$.
    L’équation réduite de la droite $(AB)$ est donc de la forme $y=ax+b$.
    Or le coefficient directeur de cette droite est
    $\begin{align*} a&=\dfrac{0-2}{\alpha-1} \\
    &=\dfrac{-2}{\alpha-1}\end{align*}$
    $\begin{align*} g(\alpha)=0&\ssi 0=\dfrac{-2}{\alpha-1}\times \alpha+b \\
    &\ssi b=\dfrac{2\alpha}{\alpha-1}\end{align*}$
    Ainsi l’équation réduite de la droite $(AB)$ est $y=\dfrac{-2}{\alpha-1}x+\dfrac{2\alpha}{\alpha-1}$.
    $\quad$
    b. La fonction $g$ est concave sur $[1;\alpha]$. Ainsi la courbe $\mathscr{C}$ est au-dessus de toutes ses cordes sur cet intervalle, en particulier de la droite $(AB)$.
    Ainsi, pour tout $x\in [1;\alpha]$ on a $g(x)\pg \dfrac{-2}{\alpha-1}x+\dfrac{2\alpha}{\alpha-1}$.
    $\quad$

 

Ex 4

Exercice 4

  1. a. On a donc $H(0;3;2)$ et $G(5;3;2)$.
    $\quad$
    b. Ainsi $\vect{HG}\begin{pmatrix}5\\0\\0\end{pmatrix}$
    Par conséquent, une représentation paramétrique de la droite $(GH)$ est $\begin{cases} x=5t\\y=3\\z=2\end{cases}$.
    $\quad$
  2. a. $M$ a donc pour coordonnées $(x;3;2)$ avec $x\in [0;5]$.
    Par conséquent $\vect{HM}\begin{pmatrix}x\\0\\0\end{pmatrix}$
    $\vect{HM}=k\vect{HG}\ssi  x=5k$.
    Donc $M$ a pour coordonnées $(5k;3;2)$.
    $\quad$
    b. $\vect{AM}\begin{pmatrix} 5k\\3\\2\end{pmatrix}$ et $\vect{CM}\begin{pmatrix} 5k-5\\0\\2\end{pmatrix}$
    Donc
    $\begin{align*} \vect{AM}.\vect{CM}&=5k(5k-5)+0+4\\
    &=25k^2-25k+4\end{align*}$
    $\quad$
    c. Le triangle $AMC$ est rectangle en $M$
    si, et seulement si, $\vect{AM}.\vect{CM}=0$
    si, et seulement si, $25k^2-25k+4=0$
    Le discriminant de cette équation du second degré est $\delta=(-25)^2-4\times 4\times 25=225>0$
    Les solutions de cette équation sont donc $k_1=\dfrac{25-\sqrt{225}}{50}=\dfrac{1}{5}$ et $k_2=\dfrac{25+\sqrt{225}}{50}=\dfrac{4}{5}$
    Ainsi, le triangle $AMC$ est rectangle en $M$ est rectangle si, et seulement si, $k=\dfrac{1}{5}$ ou $k=\dfrac{4}{5}$.
    $\quad$
  3. a. On a $A(0;0;0)$, $C(5;3;0)$ et $D(0;3;0)$
    Une équation cartésienne du plan $(ACD)$ est donc $z=0$.
    $\quad$
    b. D’après la question précédente, un vecteur normal au plan $(ACD)$ est $\vec{n}\begin{pmatrix}0\\0\\1\end{pmatrix}$.
    On a $\vect{MK}\begin{pmatrix} 0\\0\\-2\end{pmatrix}$
    Ainsi $\vec{n}$ et $\vect{MK}$ sont colinéaires et $\vect{MK}$ un vecteur normal au plan $(ACD)$.
    De plus, la côte du point $K$ est $0$ donc $K$ appartient au plan $(ACD)$.
    Par conséquent, $K$ est le projeté orthogonal du point $M$ sur le plan $(ACD)$.
    $\quad$
    c. $AD=3$, $DC=5$. Donc l’aire du triangle $ACD$ est $\mathscr{A}=\dfrac{15}{2}$.
    De plus $MK=2$.
    Le volume, en unités de volume, du tétraèdre $MACD$ est donc :
    $\begin{align*} V&=\dfrac{1}{3}\times MK\times \mathscr{A} \\
    &=\dfrac{1}{3}\times 2\times \dfrac{15}{2} \\
    &=5\end{align*}$
    $\quad$
  4. Le point $M$ de coordonnées $(1;3;2)$ correspond au point obtenu à l’aide $k=\dfrac{1}{5}$ à la question 2.a.
    Par conséquent, le triangle $AMC$ est rectangle en $M$.
    $\begin{align*} AM^2&=1+9+4 \\
    &=14\end{align*}$
    Donc $AM=\sqrt{14}$
    $\begin{align*} MC^2&=(-4)^2+0+2 \\
    &=20\end{align*}$
    Donc $MC=\sqrt{20}$
    L’aire du triangle $AMC$ rectangle en $M$ est donc
    $\begin{align*} \mathscr{A}’&=\dfrac{AM\times MC}{2} \\
    &=\dfrac{\sqrt{14\times 20}}{2} \\
    &=\sqrt{70}\end{align*}$
    Le volume du tétraèdre $AMCD$ est
    $\begin{align*} V=5&\ssi \dfrac{1}{3}\times \mathscr{A}’\times DP =5\\
    &\ssi \dfrac{1}{3}\times \sqrt{70}\times DP=5 \\
    &\ssi DP=\dfrac{15}{\sqrt{70}} \end{align*}$
    Par conséquent $DP\approx 1,8$.
    $\quad$

 

Énoncé

Le sujet propose 4 exercices
Le candidat choisit 3 exercices parmi les 4 exercices et ne doit traiter que ces 3 exercices.

Exercice 1     7 points
Thème : Probabilités

PARTIE A

Le système d’alarme d’une entreprise fonctionne de telle sorte que, si un danger se présente, l’alarme s’active avec une probabilité de $0,97$.
La probabilité qu’un danger se présente est de $0,01$ et la probabilité que l’alarme s’active est de $0,014~65$.
On note $A$ l’évènement « l’alarme s’active » et $D$ l’événement « un danger se présente ».
On note $\conj{M}$ l’évènement contraire d’un évènement $M$ et $P(M)$ la probabilité de l’évènement $M$.

  1. Représenter la situation par un arbre pondéré qui sera complété au fur et à mesure de l’exercice.
    $\quad$
  2. a. Calculer la probabilité qu’un danger se présente et que l’alarme s’active.
    $\quad$
    b. En déduire la probabilité qu’un danger se présente sachant que l’alarme s’active.
    Arrondir le résultat à $10^{-3}$.
    $\quad$
  3. Montrer que la probabilité que l’alarme s’active sachant qu’aucun danger ne s’est présenté est $0,005$.
    $\quad$
  4. On considère qu’une alarme ne fonctionne pas normalement lorsqu’un danger se présente et qu’elle ne s’active pas ou bien lorsqu’aucun danger ne se présente et qu’elle s’active.
    Montrer que la probabilité que l’alarme ne fonctionne pas normalement est inférieure à $0,01$.
    $\quad$

PARTIE B

Une usine fabrique en grande quantité des systèmes d’alarme. On prélève successivement et au hasard $5$ systèmes d’alarme dans la production de l’usine. Ce prélèvement est assimilé à un tirage avec remise.
On note $S$ l’évènement « l’alarme ne fonctionne pas normalement » et on admet que $P(S) = 0,005~25$.
On considère $X$ la variable aléatoire qui donne le nombre de systèmes d’alarme ne fonctionnant pas normalement parmi les $5$ systèmes d’alarme prélevés.
Les résultats seront arrondis à $10^{-4}$.

  1. Donner la loi de probabilité suivie par la variable aléatoire $X$ et préciser ses paramètres.
    $\quad$
  2. Calculer la probabilité que, dans le lot prélevé, un seul système d’alarme ne fonctionne pas normalement.
    $\quad$
  3. Calculer la probabilité que, dans le lot prélevé, au moins un système d’alarme ne fonctionne pas normalement.
    $\quad$

PARTIE C

Soit $n$ un entier naturel non nul. On prélève successivement et au hasard $n$ systèmes d’alarme.
Ce prélèvement est assimilé à un tirage avec remise.
Déterminer le plus petit entier $n$ tel que la probabilité d’avoir, dans le lot prélevé, au moins un système d’alarme qui ne fonctionne pas normalement soit supérieure à $0,07$.
$\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points
Thème : Suites

Soit $\left(u_n\right)$ la suite définie par $u_0 = 4$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} =\dfrac{1}{5}u_n^2$.

  1. a. Calculer $u_1$ et $u_2$.
    $\quad$
    b. Recopier et compléter la fonction ci-dessous écrite en langage Python. Cette fonction est nommée suite_u et prend pour paramètre l’entier naturel $p$.
    Elle renvoie la valeur du terme de rang $p$ de la suite $\left(u_n\right)$.
    $$\begin{array}{l}
    \text{def suite_u(p) :}\\
    \quad \text{u= …}\\
    \quad \text{for i in range(1,…) :}\\
    \qquad \text{u =…}\\
    \quad \text{return u}\end{array}$$
    $\quad$
  2. a. Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel $n$, $0 < u_n \pp 4$.
    $\quad$
    b. Démontrer que la suite $\left(u_n\right)$ est décroissante.
    $\quad$
    c. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$
  3. a. Justifier que la limite $\ell$ de la suite $\left(u_n\right)$ vérifie l’égalité $\ell=\dfrac{1}{5}\ell^2$.
    $\quad$
    b. En déduire la valeur de $\ell$.
    $\quad$
  4. Pour tout entier naturel $n$, on pose $v_n = \ln\left(u_n\right)$ et $w_n = v_n-\ln(5)$.
    a. Montrer que, pour tout entier naturel $n$, $v_{n+1} = 2v_n-\ln(5)$.
    $\quad$
    b. Montrer que la suite $\left(w_n\right)$ est géométrique de raison $2$.
    $\quad$
    c. Pour tout entier naturel $n$, donner l’expression de $w_n$ en fonction de $n$ et montrer que $v_n = \ln\left(\dfrac{4}{5}\right)\times 2^n+\ln(5)$
    $\quad$
  5. Calculer $\lim\limits_{n\to +\infty} v_n$ et retrouver $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n$.
    $\quad$

$\quad$

 

 

Exercice 3     7 points
Thème : Fonctions, fonction logarithme

Soit $g$ la fonction définie sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ par $$g(x)=1+x^2\left[1-2\ln(x)\right]$$

La fonction $g$ est dérivable sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ et on note $g’$ sa fonction dérivée.
On appelle $\mathscr{C}$ la courbe représentative de la fonction $g$ dans un repère orthonormé du plan.

PARTIE A

  1. Justifier que $g(\e)$ est strictement négatif.
    $\quad$
  2. Justifier que $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=-\infty$.
    $\quad$
  3. a. Montrer que, pour tout $x$ appartenant à l’intervalle $]0 ; +\infty[$, $g'(x)=-4x\ln(x)$.
    $\quad$
    b. Étudier le sens de variation de la fonction $g$ sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$
    c. Montrer que l’équation $g(x) = 0$ admet une unique solution, notée $\alpha$, sur l’intervalle $[1 ; +\infty[$.
    $\quad$
    d. Donner un encadrement de $\alpha$ d’amplitude $10^{-2}$.
    $\quad$
  4. Déduire de ce qui précède le signe de la fonction $g$ sur l’intervalle $[1 ; +\infty[$.
    $\quad$

PARTIE B

  1. On admet que, pour tout $x$ appartenant à l’intervalle $[1 ; \alpha]$, $g\dsec(x)= -4\left[\ln(x)+1\right]$.
    Justifier que la fonction $g$ est concave sur l’intervalle $[1 ; \alpha]$.
    $\quad$
  2. Sur la figure ci-dessous, $A$ et $B$ sont les points de la courbe $\mathscr{C}$ d’abscisses respectives $1$ et $\alpha$.
    $\quad$

    $\quad$
    a. Déterminer l’équation réduite de la droite $(AB)$.
    $\quad$
    b. En déduire que pour tout réel $x$ appartenant à l’intervalle $[1 ; \alpha]$, $g(x)\pg \dfrac{-2}{\alpha-1}x+\dfrac{2\alpha}{\alpha-1}$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points
Thème : Géométrie dans l’espace

Dans la figure ci-dessous, $ABCDEFGH$ est un parallélépipède rectangle tel que
$AB = 5$, $AD = 3$ et $AE = 2$.
L’espace est muni d’un repère orthonormé d’origine $A$ dans lequel les points $B$, $D$ et $E$ ont respectivement pour coordonnées $(5; 0; 0)$, $(0; 3; 0)$ et $(0; 0; 2)$.

  1. a. Donner, dans le repère considéré, les coordonnées des points $H$ et $G$.
    $\quad$
    b. Donner une représentation paramétrique de la droite $(GH)$.
    $\quad$
  2. Soit $M$ un point du segment $[GH]$ tel que $\vect{HM}=k\vect{HG}$ avec $k$ un nombre réel de l’intervalle $[0; 1]$.
    a. Justifier que les coordonnées de $M$ sont $(5k ; 3 ; 2)$.
    $\quad$
    b. En déduire que $\vect{AM}.\vect{Cm}=25k^2-25k+4$
    $\quad$
    c. Déterminer les valeurs de $k$ pour lesquelles $AMC$ est un triangle rectangle en $M$.
    $\quad$

Dans toute la suite de l’exercice, on considère que le point $M$ a pour coordonnées $(1; 3; 2)$.
On admet que le triangle $AMC$ est rectangle en $M$ .
On rappelle que le volume d’un tétraèdre est donné par la formule  $\dfrac{1}{3}\times$ Aire de la base $\times h$ où $h$ est la hauteur relative à la base.

  1. On considère le point $K$ de coordonnées $(1; 3; 0)$.
    a. Déterminer une équation cartésienne du plan $(ACD)$.
    $\quad$
    b. Justifier que le point $K$ est le projeté orthogonal du point $M$ sur le plan $(ACD)$.
    $\quad$
    c. En déduire le volume du tétraèdre $MACD$.
    $\quad$
  2. On note $P$ le projeté orthogonal du point $D$ sur le plan $(AMC)$.
    Calculer la distance $DP$ en donner une valeur arrondie à $10^{-1}$.
    $\quad$

$\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Amérique du Sud – sujet 2 – 27 septembre 2022

Amérique du Sud – 27 septembre 2022

Spécialité maths – Sujet 2 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

Partie A

  1. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$
    $\quad$
  2. On veut calculer
    $\begin{align*}P\left(C_3\cap D\right)&=P\left(C_3\right)\times P_{C_3}(D) \\
    &=0,2\times 0,04 \\
    &=0,008\end{align*}$
    La probabilité que le composant prélevé provienne de la chaîne n° 3 et soit défectueux est égale à $0,008$.
    $\quad$
  3. $\left(C_1,C_2,C_3\right)$ forme un système complet d’événements fini. D’après la formule des probabilités totales on a
    $\begin{align*} P(D)&=P\left(C_1\cap D\right)+P\left(C_2\cap D\right)+P\left(C_3\cap D\right) \\
    &=P\left(C_1\right)\times P_{C_1}(D) +P\left(C_2\right)\times P_{C_2}(D) +0,008 \\
    &=0,5\times 0,01+0,3\times 0,005+0,008 \\
    &=0,014~5\end{align*}$
    $\quad$
  4. On veut calculer
    $\begin{align*} P_D\left(C_3\right)&=\dfrac{P\left(C_3\cap D\right)}{P(D)} \\
    &=\dfrac{0,008}{0,014~5} \\
    &\approx 0,551~7\end{align*}$
    La probabilité qu’un composant défectueux provienne de la chaîne n° 3 est environ égale à $0,551~7$.
    $\quad$

Partie B

  1. a. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(X=3)&=\dbinom{20}{3}0,014~5^3\times (1-0,014~5)^{17} \\
    &\approx 0,002~7\end{align*}$
    La probabilité pour qu’un lot possède exactement trois composants défectueux est environ égale à $0,002~7$.
    $\quad$
    b. On a
    $\begin{align*} P(X=0)&=(1-0,014~5)^{20}\\
    &\approx 0,746~7\end{align*}$
    La probabilité pour qu’un lot ne possède aucun composant défectueux est environ égale $0,746~7$.
    $\quad$
    $\begin{align*} P(X\pg 1)&=1-P(X=0) \\
    &\approx 0,253~3\end{align*}$
    La probabilité qu’un lot possède au moins un composant défectueux est environ égale $0,253~3$.
    $\quad$
  2. $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n$ et $p=0,014~5$.
    $\begin{align*} P(X=0)\pg 0,85&\ssi (1-0,014~5)^n\pg 0,85 \\
    &\ssi 0,985~5^n\pg 0,85 \\
    &\ssi n\ln(0,985~5)\pg \ln(0,85) \\
    &\ssi n\pp \dfrac{\ln(0,85)}{\ln(0,985~5)}\end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,85)}{\ln(0,985~5)} \approx 11,13$.
    La proposition de former des lots de $11$ composants au maximum est donc exact.
    $\quad$

Partie C

$0,5\times 15+0,3\times 12+0,2\times 9=12,9$
Le coût moyen de fabrication d’un composant pour cette entreprise est égale à $12,90$ euros.

$\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

PARTIE A : Étude d’une fonction auxiliaire $\boldsymbol{g}$

  1. $g(1)=0$ et $g(\e)=2(\e-1)-\e$ soit $g(\e)=\e-2$.
    $\quad$
  2. Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to 0^-} x\ln(x)=0$.
    Par conséquent $\lim\limits_{x\to 0^-} g(x)=-2$.
    $\quad$
  3. La fonction $g$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables sur cet intervalle.
    Pour tout réel $x>0$ on a
    $\begin{align*} g'(x)&=2-\left(\ln(x)+x\times \dfrac{1}{x}\right) \\
    &=2-\ln(x)-1 \\
    &=1-\ln(x)\end{align*}$
    $g'(x)>0 \ssi 1-\ln(x)>0 \ssi \ln(x)<1 \ssi x<\e$
    $g'(x)=0\ssi 1-\ln(x)=0 \ssi x=\e$
    On obtient donc le tableau de variations suivant :$\quad$
  4. La fonction $g$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $]0;\e]$.
    $\lim\limits_{x\to 0^-}  g(x)=-2<0$ et $g(\e)=\e-2>0$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $g(x)=0$ admet une unique solution sur $]0;\e]$.
    Or $g(1)=0$. L’unique solution de l’équation appartenant à $]0;\e]$ est donc $1$.
    $\quad$
    La fonction $g$ est continue (car dérivable) et strictement décroissante sur $[\e;+\infty$.
    $g(\e)=\e-2>0$ et $\lim\limits_{x\to +\infty}g(x)=-\infty$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $g(x)=0$ admet une unique solution $\alpha$ sur $[\e;+\infty[$.
    $\quad$
    Finalement l’équation $g(x)=0$ admet exactement deux solutions $1$ et $\alpha$ où $\alpha\in[\e;+\infty[$.
    D’après la calculatrice, $4,92<\alpha<4,93$.
    $\quad$.
  5. D’après le tableau de variations et la question précédente on obtient le tableau de signes suivant :
    $\quad$$\quad$

PARTIE B : Étude de la fonction $\boldsymbol{f}$

  1. Pour tout $x>0$ on a $f(x)=x\left(3-\ln(x)-2\dfrac{\ln(x)}{x}\right)$.
    Or $\lim\limits_{x\to +\infty} \ln(x)=+\infty$ et, par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x}=0$.
    Par conséquent $\lim\limits_{x\to +\infty}3-\ln(x)-2\dfrac{\ln(x)}{x}=-\infty$.
    Donc $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=-\infty$.
    $\quad$
  2. a. La fonction $f$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables sur cet intervalle.
    Pour tout réel $x>0$ on a
    $\begin{align*}f'(x)&=3-\left(\ln(x)+x\times \dfrac{1}{x}\right)-2\times \dfrac{1}{x} \\
    &=3-\ln(x)-1-\dfrac{2}{x} \\
    &=2-\ln(x)-\dfrac{2}{x} \\
    &=2\times \dfrac{x-1}{x}-\ln(x) \\
    &=\dfrac{2(x-1)-x\ln(x)}{x} \\
    &=\dfrac{g(x)}{x}\end{align*}$
    $\quad$
    b. On obtient donc le tableau de variations suivant :
    $\quad$

    $\quad$
  3. $f\dsec(x)>0 \ssi 2-x>0 \ssi x<2$
    $f\dsec(x)=0 \ssi 2-x=0 \ssi x=2$
    La fonction $f$ est donc convexe sur $]0;2]$ et concave sur $[2;+\infty[$.
    $f(2)=6-4\ln(2)$
    $\mathscr{C}_f$ admet donc un unique point d’inflexion de coordonnées $\left(2;6-4\ln(2)\right)$.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

  1. Chaque année la population diminue de $10\%$. Il reste donc $90\%$ de cette population soit $0,9u_n$.
    On réintroduit $100$ individus dans cette réserve à la fin de chaque année.
    Ainsi, pour tout $n\in \N$, $u_{n+1}=0,9u_n+100$.
    $\quad$
  2. $u_1=1~900$ et $u_2=1~810$.
    $\quad$
  3. Pour tout entier naturel $n\in \N$ on pose $P(n):~1~000<u_{n+1}\pp u_n$.
    Initialisation : $u_0=2~000$ et $u_1=1~900$. Donc $1~000<u_1\pp u_0$ et $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose que $P(n)$ est vraie.
    $\begin{align*}1~000 <u_{n+1} \pp u_n &\ssi 900 <0,9u_{n+1} \pp 0,9u_n \\
    &\ssi 1~000 <0,9u_{n+1}+100\pp 0,9u_n+100 \\
    &\ssi 1~000< u_{n+2}\pp u_{n+1}\end{align*}$
    La propriété $P(n+1)$ est donc vraie.
    $\quad$
    D’après le principe de récurrence, pour tout entier naturel $n$ on a $1~000<u_{n+1} \pp u_n$.
    $\quad$
  4. La suite $\left(u_n\right)$ est donc décroissante et minorée par $1~000$. Par conséquent $\left(u_n\right)$ converge vers un réel $\ell$.
    $\quad$
  5. a. Pour tout $n\in \N$ on a
    $\begin{align*} v_{n+1}&=u_{n+1}-1~000 \\
    &=0,9u_n+100-1~000 \\
    &=0,9u_n-900 \\
    &=0,9\left(u_n-1~000\right) \\
    &=0,9v_n\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc géométrique de raison $0,9$.
    $\quad$
    b. $v_0=1~000$. Par conséquent, pour tout $n\in \N$, $v_n=1~000\times 0,9^n$.
    Or $v_n=u_n-1~000 \ssi u_n=v_n+1~000$.
    Donc
    $\begin{align*} u_n&=v_n+1~000 \\
    &=1~000\times 0,9^n+1~000 \\
    &=1~000\left(0,9^n+1\right)\end{align*}$
    $\quad$
    c. $0<0,9<1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} 0,9^n=0$
    Ainsi, $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=1~000$.
    Sur le long terme, la population de cette espèce sera de $1~000$ individus dans cette réserve.
    $\quad$
  6. a.
    $\begin{align*} u_n\pp 1~020&\ssi 1~000\left(1+0,9^n\right)\pp 1~020 \\
    &\ssi 1+0,9^n \pp 1,02 \\
    &\ssi 0,9^n \pp 0,02 \\
    &\ssi n\ln(0,9)\pp \ln(0,02) \\
    &\ssi n\pg \dfrac{\ln(0,02)}{\ln(0,9)} \end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,02)}{\ln(0,9)}\approx 37,13$.
    Le plus petit entier naturel $n$ tel que $u_n\pp 1~020$ est donc $38$.
    $\quad$
    b. On peut écrire
    $\begin{array}{|cl|}
    \hline
    1&\text{def population(S) :}\\
    2& \text{  n=0}\\
    3&\text{  u=2000}\\
    4&\\
    5&\text{  while u > 1020 :}\\
    6&\text{    u = 0.9 * u + 100}\\
    7&\text{    n = n + 1}\\
    8&\text{  return n}\\
    \hline
    \end{array}$
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4

  1. a. $\vect{AB}\begin{pmatrix}6\\-4\\-2\end{pmatrix}$ et $\vect{AC}\begin{pmatrix}2\\-4\\-6\end{pmatrix}$
    $\dfrac{6}{2}\neq \dfrac{-2}{-6}$.
    Les vecteurs $\vect{AB}$ et $\vect{AC}$ ne sont pas colinéaires. Les points $A$, $B$ et $C$ ne sont donc pas alignés.
    $\quad$
    b. D’une part $\vect{AB}.\vec{n}=6-8+2=0$
    D’autre part $\vect{AC}.\vec{n}=2-8+6=0$
    Le vecteur $\vec{n}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(ABC)$.
    Par conséquent $\vec{n}$ est un vecteur normal au plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c. Une équation cartésienne du plan $(ABC)$ est donc de la forme $x+2y-z+d=0$.
    $A(0;8;6)$ appartient au plan $(ABC)$. Ainsi $0+16-6+d=0 \ssi d=-10$.
    Une équation cartésienne du plan $(ABC)$ est donc $x+2y-z-10=0$.
    $\quad$
  2. a. On a $\vect{DE}\begin{pmatrix}6\\6\\-6\end{pmatrix}$.
    Une représentation paramétrique de la droite $(DE)$ est donc $\begin{cases} x=6t\\y=6t\\z=6-6t\end{cases} \quad y\in \R$.
    $\quad$
    b. $I$ a pour coordonnées $(4;4;2)$.
    En prenant $t=\dfrac{4}{6}$ dans la représentation paramétrique précédente on obtient le point de coordonnées $(4;4;2)$.
    Le point $I$ appartient bien à la droite $(DE)$.
    $\quad$
  3. a. $\vect{BC}\begin{pmatrix} -4\\0\\-4\end{pmatrix}$
    Par conséquent $\vect{AC}.\vect{BC}\neq 0$, $\vect{AB}.\vect{BC}\neq 0$ et $\vect{AC}.\vect{AB}\neq 0$.
    $\begin{align*} AC^2&=2^2+(-4)^2+(-6)^2 \\
    &=4+16+36 \\
    &=56\end{align*}$
    $\begin{align*} AB^2&=6^2+(-4)^2+(-2)^2 \\
    &=36+16+4 \\
    &=56\end{align*}$
    $\begin{align*} BC^2&=(-4)^2+0^2+(-4)^2 \\
    &=32\end{align*}$.
    Le triangle $ABC$ est donc isocèle en $A$.
    $\quad$
    b. $\vect{AI}\begin{pmatrix} 4\\-4\\-4\end{pmatrix}$.
    Donc
    $\begin{align*} AI^2&=4^2+(-4)^2+(-4)^2 \\
    &=16+16+16 \\
    &=48\end{align*}$
    L’aire du triangle $ABC$ est :
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{\sqrt{48}\times \sqrt{32}}{2} \\
    &=8\sqrt{6} \text{u.a.}\end{align*}$
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*} \vect{AB}.\vect{AC}&=12+16+12 \\
    &=40\end{align*}$
    $\quad$
    d.
    $\begin{align*}
    \vect{AB}.\vect{AC}=40&\ssi AB\times AC\times \cos \widehat{BAC}=40 \\
    &\ssi 56\cos \widehat{BAC}=40 \\
    &\ssi \cos \widehat{BAC}=\dfrac{5}{7}\end{align*}$
    Par conséquent $\widehat{BAC}\approx 44,4$°.
    $\quad$
  4. $\vect{OH}\begin{pmatrix} \dfrac{5}{3}\\\dfrac{10}{3}\\-\dfrac{5}{3}\end{pmatrix}$.
    Par conséquent $\vect{OH}=\dfrac{5}{3}\vec{n}$.
    $\vect{OH}$ est orthogonal au plan $(ABC)$.
    $\begin{align*} \dfrac{5}{3}+2\times \dfrac{10}{3}+\dfrac{5}{3}-10&=\dfrac{30}{3}-10 \\
    &=0\end{align*}$
    Le point $H$ appartient donc au plan $(ABC)$.
    Ainsi $H$ est le projeté orthogonal du point $O$ sur le plan $(ABC)$.
    La distance du point $O$ au plan $(ABC)$ est
    $\begin{align*} OH&=\sqrt{\left(\dfrac{5}{3}\right)^2+\left(\dfrac{10}{3}\right)^2+\left(\dfrac{5}{3}\right)^2} \\
    &=\sqrt{\dfrac{150}{9}}\\
    &=\dfrac{5\sqrt{6}}{3}\end{align*}$

Énoncé

Le sujet propose 4 exercices
Le candidat choisit 3 exercices parmi les 4 exercices et ne doit traiter que ces 3 exercices.

Exercice 1     7 points
Thème : Probabilités

Une entreprise fabrique des composants pour l’industrie automobile. Ces composants sont conçus sur trois chaînes de montage numérotées de 1 à 3.

  • • La moitié des composants est conçue sur la chaîne n°1;
  • $30 \%$ des composants sont conçus sur la chaîne n°2;
  • les composants restant sont conçus sur la chaîne n°3.

À l’issue du processus de fabrication, il apparaît que $1 \%$ des pièces issues de la chaîne n°1 présentent un défaut, de même que $0,5 \%$ des pièces issues de la chaîne n°2 et $4 \%$ des pièces issues de la chaîne n°3.

On prélève au hasard un de ces composants. On note :

  • $C_1$ l’évènement « le composant provient de la chaîne n°1 »;
  • $C_2$ l’évènement « le composant provient de la chaîne n°2 »;
  • $C_3$ l’évènement « le composant provient de la chaîne n° 3 »;
  • $D$ l’évènement « le composant est défectueux » et $\conj{D}$ son évènement contraire.

Dans tout l’exercice, les calculs de probabilité seront donnés en valeur décimale exacte ou arrondie à $10^{-4}$ si nécessaire.

PARTIE A

  1. Représenter cette situation par un arbre pondéré.
    $\quad$
  2. Calculer la probabilité que le composant prélevé provienne de la chaîne n°3 et soit défectueux.
    $\quad$
  3. Montrer que la probabilité de l’évènement $D$ est $P(D) = 0,014~5$.
    $\quad$
  4. Calculer la probabilité qu’un composant défectueux provienne de la chaîne n°3.

PARTIE B

L’entreprise décide de conditionner les composants produits en constituant des lots de $n$ unités. On note $X$ la variable aléatoire qui, à chaque lot de $n$ unités, associe le nombre de composants défectueux de ce lot.
Compte tenu des modes de production et de conditionnement de l’entreprise, on peut considérer que $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n$ et $p = 0,014~5$.

  1. Dans cette question, les lots possèdent $20$ unités. On pose $n = 20$.
    a. Calculer la probabilité pour qu’un lot possède exactement trois composants défectueux.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité pour qu’un lot ne possède aucun composant défectueux.
    En déduire la probabilité qu’un lot possède au moins un composant défectueux.
    $\quad$
  2. Le directeur de l’entreprise souhaite que la probabilité de n’avoir aucun composant défectueux dans un lot de $n$ composants soit supérieure à $0,85$.
    Il propose de former des lots de $11$ composants au maximum. A-t-il raison ? Justifier la réponse.
    $\quad$

PARTIE C

Les coûts de fabrication des composants de cette entreprise sont de $15$ euros s’ils proviennent de la chaîne de montage n°1, $12$ euros s’ils proviennent de la chaîne de montage n°2 et $9$ euros s’ils proviennent de la chaîne de montage n°3.
Calculer le coût moyen de fabrication d’un composant pour cette entreprise.
$\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points
Thème : Fonctions, fonction logarithme

Le but de cet exercice est d’étudier la fonction $f$, définie sur $]0;+\infty[$, par : $$f(x)=3x-x\ln(x)-2\ln(x)$$

PARTIE A : Étude d’une fonction auxiliaire $\boldsymbol{g}$

Soit $g$ la fonction définie sur $]0 ; +\infty[$ par $$g(x) = 2(x-1)-x \ln(x)$$
On note $g’$ la fonction dérivée de $g$. On admet que $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=-\infty$

  1. Calculer $g(1)$ et $g(\e)$.
    $\quad$
  2. Déterminer $\lim\limits_{x\to 0} g(x)$ en justifiant votre démarche.
    $\quad$
  3. Montrer que, pour tout $x > 0$, $g'(x) = 1-\ln(x)$.
    En déduire le tableau des variations de $g$ sur $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$
  4. Montrer que l’équation $g(x) = 0$ admet exactement deux solutions distinctes sur $]0 ; +\infty[$ : $1$ et $\alpha$ avec $\alpha$ appartenant à l’intervalle $[\e ; +\infty[$.
    On donnera un encadrement de $\alpha$ à $0,01$ près.
    $\quad$
  5. En déduire le tableau de signes de $g$ sur $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$

PARTIE B : Étude de la fonction $\boldsymbol{f}$

On considère dans cette partie la fonction $f$ , définie sur $]0 ; +\infty[$,par
$$f(x) = 3x-x \ln(x)-2\ln(x)$$
On note $f’$ la fonction dérivée de $f$.
La représentation graphique $\mathscr{C}_f$ de cette fonction $f$ est donnée dans le repère $\Oij$ ci-dessous. On admet que : $\lim\limits_{x\to 0} f(x)=+\infty$.

  1. Déterminer la limite de $f$ en $+\infty$ en justifiant votre démarche.
    $\quad$
  2. a. Justifier que pour tout $x > 0$, $f'(x)=\dfrac{g(x)}{x}$.
    $\quad$
    b. En déduire le tableau des variations de $f$ sur $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$
  3. On admet que, pour tout $x > 0$, la dérivée seconde de $f$ , notée $f\dsec$, est définie par $f\dsec(x)=\dfrac{2-x}{x^2}$.
    Étudier la convexité de $f$ et préciser les coordonnées du point d’inflexion de $\mathscr{C}_f$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points
Thème : Suites

La population d’une espèce en voie de disparition est surveillée de près dans une réserve naturelle.
Les conditions climatiques ainsi que le braconnage font que cette population diminue de $10 \%$ chaque année.
Afin de compenser ces pertes, on réintroduit dans la réserve 100 individus à la fin de chaque année.
On souhaite étudier l’évolution de l’effectif de cette population au cours du temps. Pour cela, on modélise l’effectif de la population de l’espèce par la suite $\left(u_n\right)$ où $u_n$ représente l’effectif de la population au début de l’année 2020$+n$.
On admet que pour tout entier naturel $n$, $u_n > 0$.
Au début de l’année 2020, la population étudiée compte $2~000$ individus, ainsi $u_0 = 2~000$.

  1. Justifier que la suite $\left(u_n\right)$ vérifie la relation de récurrence :
    $u_{n+1} = 0,9u_n +100$.
    $\quad$
  2. Calculer $u_1$ puis $u_2$.
    $\quad$
  3. Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel $n$ : $1~000 < u_{n+1}\pp u_n$.
    $\quad$
  4. La suite $\left(u_n\right)$ est-elle convergente ? Justifier la réponse.
    $\quad$
  5. On considère la suite $\left(v_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par $v_n = u_n −1~000$.
    a. Montrer que la suite $\left(v_n\right)$ est géométrique de raison $0,9$.
    $\quad$
    b. En déduire que, pour tout entier naturel $n$, $u_n = 1~000(1+0,9n
    )$.
    $\quad$
    c. Déterminer la limite de la suite $\left(u_n\right)$.
    En donner une interprétation dans le contexte de cet exercice.
    $\quad$
  6. On souhaite déterminer le nombre d’années nécessaires pour que l’effectif de la population passe en dessous d’un certain seuil $S$ (avec $S > 1~000$).
    a. Déterminer le plus petit entier $n$ tel que $u_n \pp 1~020$.
    Justifier la réponse par un calcul.
    $\quad$
    b. Dans le programme Python ci-dessous, la variable $n$ désigne le nombre d’années écoulées depuis 2020, la variable $u$ désigne l’effectif de la population.
    $$\begin{array}{|ll|}
    \hline
    1&\text{def population(S) :}\\
    2&\quad \text{n=0}\\
    3&\quad \text{u=2000}\\
    4&\\5&\quad \text{while …… :}\\
    6& \qquad \text{u= …}\\
    7& \qquad \text{n = …}\\
    8& \quad \text{return …}\\
    \hline
    \end{array}$$
    Recopier et compléter ce programme afin qu’il retourne le nombre d’années nécessaires pour que l’effectif de la population passe en dessous du seuil $S$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points
Thème : Géométrie dans l’espace

Dans l’espace muni d’un repère orthonormé $\Oijk$, on considère les points $$
A(0 ; 8 ; 6), B(6 ; 4 ; 4) \text{ et } C(2 ; 4 ; 0)$$

  1. a. Justifier que les points $A$, $B$ et $C$ ne sont pas alignés.
    $\quad$
    b. Montrer que le vecteur $\vec{n}(1 ; 2 ; -1)$ est un vecteur normal au plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c. Déterminer une équation cartésienne du plan $(ABC)$.
    $\quad$
  2. Soient $D$ et $E$ les points de coordonnées respectives $(0; 0; 6)$ et $(6; 6; 0)$.
    a. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $(DE)$.
    $\quad$
    b. Montrer que le milieu $I$ du segment $[BC]$ appartient à la droite $(DE)$.
    $\quad$
  3. On considère le triangle $ABC$.
    a. Déterminer la nature du triangle $ABC$.
    $\quad$
    b. Calculer l’aire du triangle $ABC$ en unité d’aire.
    $\quad$
    c. Calculer $\vect{AB}.\vect{AC}$.
    $\quad$
    d. En déduire une mesure de l’angle $\widehat{BAC}$ arrondie à $0,1$ degré.
    $\quad$
  4. On considère le point $H$ de coordonnées $\left(\dfrac{5}{3};\dfrac{10}{3};-\dfrac{5}{3}\right)$.
    Montrer que $H$ est le projeté orthogonal du point $O$ sur le plan $(ABC)$.
    En déduire la distance du point $O$ au plan $(ABC)$.
    $\quad$

$\quad$

Bac – Spécialité mathématiques – Métropole, Antilles, Guyane – sujet 2 – 9 septembre 2022

Métropole Antilles/Guyane – 9 septembre 2022

Spécialité maths – Sujet 2 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$$\quad$
  2. a. $\left(R,\conj{R}\right)$ forme un système complet d’événements fini. D’après la formule des probabilités totales on a :
    $\begin{align*} p(E)&=p(R)\times p_R(E)+p\left(\conj{R}\right)\times p_{\conj{R}}(E) \\
    &=0,4\alpha+0,7(1-\alpha) \\
    &=0,7-0,3\alpha\end{align*}$
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} p(E)=0,58&\ssi 0,7-0,3\alpha=0,58 \\
    &\ssi -0,12=-0,3\alpha\\
    &\ssi  \alpha=0,4\end{align*}$
    $\quad$
  3. On a
    $\begin{align*}
    p_E\left(\conj{R}\right)&=\dfrac{p\left(E\cap \conj{R}\right)}{p(E)} \\
    &=\dfrac{p\left(\conj{R}\right)\times P_{\conj{R}}(E)}{p(E)} \\
    &=\dfrac{0,7(1-\alpha)}{0,58} \\
    &=\dfrac{0,7\times 0,6}{0,58} \\
    &=\dfrac{21}{29}\\
    &\approx 0,72
    \end{align*}$
    La probabilité que le client ayant loué un vélo électrique ait loué un vélo tout terrain est environ égale à $0,72$.
    $\quad$
  4. On a
    $\begin{align*} p\left(\conj{R}\cap E\right)&=p\left(\conj{R}\right)\times p_{\conj{R}}(E) \\
    &=0,7(1-\alpha)\\
    &=0,7\times 0,6\\
    &=0,42\end{align*}$
    La probabilité que le client loue un vélo tout terrain électrique est égale à $0,42$.
    $\quad$
  5. a. $X(\Omega)=\acco{25,~35,~40,~50}$
    $\begin{align*} p(X=25)&=p\left(R\cap \conj{E}\right) \\
    &= 0,4\times 0,4\\
    &=0,24\end{align*}$
    $\begin{align*} p(X=35)&=p\left(\conj{R}\cap \conj{E}\right) \\
    &= 0,6\times 0,3\\
    &=0,18\end{align*}$
    $\begin{align*} p(X=40)&=p\left(R\cap \conj{E}\right) \\
    &= 0,4\times 0,4\\
    &=0,16\end{align*}$
    $\begin{align*} p(X=50)&=p\left(\conj{R}\cap E\right) \\
    &= 0,6\times 0,7\\
    &=0,42\end{align*}$
    On obtient ainsi le tableau de loi de probabilité de $X$ suivant :
    $\begin{array}{|c|c|c|c|c|}
    \hline
    x&25&35&40&50\\
    \hline
    p(X=x)&0,24&0,18&0,16&0,42\\
    \hline
    \end{array}$
    $\quad$
    b. L’espérance mathématique de $X$ est :
    $\begin{align*} E(X)&=25\times 0,24+35\times 0,18+40\times 0,16+50\times 0,42 \\
    &=39,7\end{align*}$
    En moyenne, une location de vélo coûte $39,70$ euros.
    $\quad$
  6. a. On répète $30$ fois de façon indépendante la même expérience de Bernoulli de paramètre $0,58$.
    $Y$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=30$ et $p=0,58$.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} p(X=20)&=\dbinom{30}{20} 0,58^{20}\times 0,42^{10} \\
    &\approx 0,095\end{align*}$
    La probabilité qu’un échantillon contienne exactement $20$ clients qui
    louent un vélo électrique est environ égale à $0,095$.
    $\quad$
    c. On veut calculer $P(X\pg 15) \approx 0,858$.
    La probabilité qu’un échantillon contienne au moins $15$ clients qui louent un vélo électrique est environ égale à $0,858$.
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2

  1. Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} b_{n+1}&=a_{n+1}-2 \\
    &=0,5a_n+1-2 \\
    &=0,5a_n-1 \\
    &=0,5\left(a_n-2\right) \\
    &=0,5b_n\end{align*}$
    La suite $\left(b_n\right)$ est donc géométrique de raison $0,5$.
    Réponse b
    $\quad$
  2. On a donc $u_1=5$, $v_1=3$, $u_2=14$ et $v_2=8$.
    Donc $\dfrac{u_2}{v_2}=1,75$
    Réponse c
    $\quad$
  3. La boucle du programme calcule tous les termes $u_n$ et $v_n$ pour $n$ allant de $1$ à $10$.
    Le programme renvoie donc $u_{10}$ et $v_{10}$.
    Réponse d
    $\quad$
  4. La fonction $f’$ semble croissante sur l’intervalle $[-4;0]$.
    Par conséquent la fonction $f$ semble convexe sur cet intervalle.
    Réponse b
    $\quad$
  5. Le coefficient directeur de la droite $(BC)$ est
    $\begin{align*} f\dsec(1)&=\dfrac{y_C-y_B}{x_C-x_B} \\
    &=5\end{align*}$
    Réponse d
    $\quad$
  6. On considère la fonction $F$ définie sur $\R$ par $F(x)=\left(x^2-2x+3\right)\e^x-2$.
    La fonction $F$ est dérivable sur $\R$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} F'(x)&=(2x-2)\e^x+\left(x^2-2x+3\right)\e^x \\
    &=\left(2x-2+x^2-2x+3\right)\e^x \\
    &=\left(x^2+1\right)\e^x\end{align*}$
    Ainsi $F$ est une primitive de la fonction $f$ sur $\R$.
    De plus $F(0)=3-2=1$.
    Réponse b
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

Partie A

  1. Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to 0} x\ln(x)=0$ donc $\lim\limits_{x\to 0} f(x)=0$.
    $\quad$
  2. Pour tout réel $x>0$ on a $f(x)=x\left(1-\ln(x)\right)$.
    Or $\lim\limits_{x\to +\infty}\ln(x)=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} 1-\ln(x)=-\infty$ ainsi $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=-\infty$.
    $\quad$
  3. a. Pour tout réel $x>0$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=1-\ln(x)-x\times \dfrac{1}{x} \\
    &=1-\ln(x)+1\\
    &=-\ln(x)\end{align*}$
    $\quad$
    b. $f'(x)=0\ssi -\ln(x)=0 \ssi x=1$
    $f'(x)>0 \ssi -\ln(x)>0 \ssi x\in ]0;1[$.
    La fonction $f$ est donc strictement croissante sur $]0;1]$ et strictement décroissante sur $[1;+\infty[$.
    On obtient ainsi le tableau de variations suivant :
    $\quad$

    $\quad$
  4. $f(x)=x\ssi x-x\ln(x)=x \ssi -x\ln(x)=0 \ssi x=1$ (la valeur $0$ n’est pas solution puisque $f$ n’est pas définie en $0$).
    $\quad$

Partie B

  1. Pour tout $n\in \N$ on pose $P(n):~0,5\pp u_n\pp u_{n+1} \pp 1$.
    Initialisation : $u_0=0,5$ et $u_1\approx 0,85$.
    Par conséquent $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose que $P(n)$ est vraie.
    $0,5\pp u_n \pp u_{n+1} \pp 1$.
    La fonction $f$ est croissante sur l’intervalle $[0,5;1]$.
    Par conséquent $f(0,5) \pp f\left(u_n\right) \pp f\left(u_{n+1}\right) \pp p(1)$ c’est-à-dire $u_1\pp u_{n+1} \pp u_{n+2} \pp 1$.
    Or $u_1\approx 0,85$.
    La propriété $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    D’après le principe de récurrence, pour tout $n\in \N$, $0,5\pp u_n\pp u_{n+1} \pp 1$.
    $\quad$
  2. a. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $1$. Elle converge donc vers un réel $\ell$.
    $\quad$
    b. La fonction $f$ est continue sur $]0;+\infty[$ et, pour tout $n\in \N$, on a $u_{n+1}=f\left(u_n\right)$.
    Par conséquent $\ell$ est solution de l’équation $f(x)=x$.
    D’après la question A.4. l’unique solution de cette équation est $1$.
    Ainsi $\ell=1$.
    $\quad$

Partie C

  1. La fonction $f_k$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables sur cet intervalle.
    Pour tout réel $x>0$ on a :
    $\begin{align*} f_k'(x)&=k-\ln(x)-x\times \dfrac{1}{x} \\
    &=-\ln(x)+k-1\end{align*}$
    $f_k'(x)>0 \ssi -\ln(x)+k-1>0 \ssi \ln(x)<k-1 \ssi x<\e^{k-1}$
    La fonction $f_k$ est donc strictement croissante sur $\left]0;\e^{k-1}\right]$ et strictement décroissante sur $\left[\e^{k-1};+\infty\right[$.
    La fonction $f_k$ admet par conséquent un maximum en $x_k=\e^{k-1}$.
    $\quad$
  2. Soit $k\in \R$.
    $\begin{align*} y_k=f_k\left(x_k\right)\\
    &=k\e^{k-1}-\e^{k-1}\ln\left(\e^{k-1}\right) \\
    &=k\e^{k-1}-(k-1)\e^{k-1} \\
    &=\e^{k-1}\left(k-(k-1)\right) \\
    &=\e^{k-1}\\
    &=x_k\end{align*}$
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4

  1. a. Les coordonnées du vecteur $\vec{u}’$ sont $\begin{pmatrix} 0\\1\\1\end{pmatrix}$.
    $\quad$
    b. Les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{u}’$ ne sont pas colinéaires (ils n’ont pas les mêmes coordonnées nulles). Les droites $\mathscr{D}$ et $\mathscr{D}’$ ne sont donc pas parallèles.
    $\quad$
    c. Une représentation paramétrique de la droite $\mathscr{D}$ est $\begin{cases} x=2+k\\y=4+2k\\z=0\end{cases}$.
    $\quad$
  2. $\vec{v}.\vec{u}=2-2+0=0$ et $\vec{v}3.\vec{u}’=0-1+1=0$.
    $\vec{v}$ est donc orthogonal aux deux vecteurs, non colinéaires, $\vec{u}$ et $\vec{u}’$.
    $\vec{v}$ est donc un vecteur directeur de la droite perpendiculaire à la fois à $\mathscr{D}$ et $\mathscr{D}’$.
    Ainsi $\vec{v}\begin{pmatrix}2\\-1\\1\end{pmatrix}$ est un vecteur directeur de la droite $\Delta$.
    $\quad$
  3. a. $\vec{n}.\vec{u}=2-2+0=0$ et $\vec{n}.\vec{v}= 4+1-5=0$.
    Ainsi $\vec{n}$ orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $\mathscr{P}$.
    $\quad$
    b. Une équation cartésienne du plan $\mathscr{P}$ est donc de la forme $2x-y-5z+d=0$.
    Le point $A(2;4;0)$ appartient au plan $\mathscr{P}$.
    Par conséquent $4-4-0+d=0 \ssi d=0$.
    Une équation cartésienne du plan $\mathscr{P}$ est donc $2x-y-5z=0$.
    $\quad$
    c. $M’$ est un point de $Delta$. Il appartient donc également au plan $\mathscr{P}$ qui contient cette droite.
    $M’$ est un point de $\mathscr{D}’$.
    $M’$ est donc le point d’intersection de la droite $\mathscr{D}’$ avec le plan $\mathscr{P}$.
    $2\times 3-1-5=0$ : le point de coordonnées $(3;1;1)$ appartient donc au plan $\mathscr{P}$.
    En prenant $t=-2$ dans la représentation paramétrique de la droite $\mathscr{D}’$ on obtient le point de coordonnées $(3;1;1)$.
    Ainsi ce point est le point d’intersection de la droite $\mathscr{D}’$ et $\mathscr{P}$.
    Ainsi $M’$ a pour coordonnées $(3;1;1)$.
    $\quad$
  4. a. $\vec{v}$ est un vecteur directeur de $\Delta$ et $M’$ appartient à cette droite.
    Une représentation paramétrique de la droite $\Delta$ est donc $\begin{cases} x= 3+2k’\\y=1-k’\\z=1+k’\end{cases} \qquad k’\in \R$.
    $\quad$
    b. En prenant $k’=-1$ dans la représentation paramétrique de $\Delta$ on obtient le point de coordonnées $(-1;2;0)$.
    En prenant $k=-1$ dans la représentation paramétrique de $\mathscr{D}$ on obtient le point de coordonnées $(-1;2;0)$.
    $M$ est le point d’intersection de ces deux droites. Donc $M$ a pour coordonnées $(1;2;0)$.
    $\quad$
    c. Les coordonnées de $\vect{MM’}$ sont $\begin{pmatrix}2\\-1\\1\end{pmatrix}$.
    Par conséquent
    $\begin{align*} MM’&=\sqrt{2^2+(-1)^2+1^2}\\
    &=\sqrt{4+1+1} \\
    &=\sqrt{6}\end{align*}$.
    $\quad$
  5. a. Un vecteur directeur de la droite $d$ est $\vec{r}\begin{pmatrix} 5\\5\\1\end{pmatrix}$.
    $\vec{n}.\vec{r}=10-5-5=0$. Par conséquent $\vec{n}$ est normal à la droite $d$.
    Ainsi $d$ est parallèle au plan $\mathscr{P}$.
    $\quad$
    b. Les droites $\mathscr{D}$ et $\Delta$ sont perpendiculaires en $M$.
    Le point $A$ appartient à la droite $\mathscr{D}$ et le point $M’$ appartient à la droite $\Delta$.
    Le triangle $AMM’$ est rectangle en $M$.
    Les coordonnées de $\vect{AM}$ sont $\begin{pmatrix} -1\\-2\\0\end{pmatrix}$.
    Par conséquent
    $\begin{align*} AM&=\sqrt{(-1)^2+(-2)^2+0^2} \\
    &=\sqrt{5}\end{align*}$
    Ainsi l’aire du triangle $AMM’$ est
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{AM\times MM’}{2} \\
    &=\dfrac{\sqrt{30}}{2}\end{align*}$.
    Le volume du tétraèdre $ANMM’$ est donc $V=\dfrac{\sqrt{30}}{3}\ell$.
    $\quad$
    c. La droite $d$ est parallèle au plan $\mathscr{P}$. La distance d’un point de la droite $d$ à ce plan est donc toujours la même. Ainsi $\ell$ ne dépend pas du point $N$ choisi.
    Par conséquent $AN_1MM’$ et $AN_2MM’$ ont le même volume.
    $\quad$

Énoncé

Le sujet propose 4 exercices
Le candidat choisit 3 exercices parmi les 4 exercices et ne doit traiter que ces 3 exercices.

Exercice 1     7 points
Thème : probabilités

Dans le magasin d’Hugo, les clients peuvent louer deux types de vélos : vélos de route ou bien vélos tout terrain. Chaque type de vélo peut être loué dans sa version électrique ou non.
On choisit un client du magasin au hasard, et on admet que :

  • Si le client loue un vélo de route, la probabilité que ce soit un vélo électrique est de $0,4$ ;
  • Si le client loue un vélo tout terrain, la probabilité que ce soit un vélo électrique est de $0,7$ ;
  • La probabilité que le client loue un vélo électrique est de $0,58$.

On appelle $\alpha$ la probabilité que le client loue un vélo de route, avec $0\pp \alpha\pp 1$.

On considère les événements suivants :

  • $R$ : « le client loue un vélo de route » ;
  • $E$ : « le client loue un vélo électrique » ;
  • $\conj{R}$ et $\conj{E}$ , événements contraires de $R$ et $E$.

On modélise cette situation aléatoire à l’aide de l’arbre reproduit ci-dessous :

Si $F$ désigne un événement quelconque, on notera $p(F)$ la probabilité de $F$.

  1. Recopier cet arbre sur la copie et le compléter.
    $\quad$
  2. a. Montrer que $p(E)=0,7-0,3\alpha$.
    $\quad$
    b. En déduire que : $\alpha = 0,4$.
    $\quad$
  3. On sait que le client a loué un vélo électrique. Déterminer la probabilité qu’il ait loué un vélo tout terrain. On donnera le résultat arrondi au centième.
    $\quad$
  4. Quelle est la probabilité que le client loue un vélo tout terrain électrique ?
    $\quad$
  5. Le prix de la location à la journée d’un vélo de route non électrique est de $25$ euros, celui d’un vélo tout terrain non électrique de $35$ euros. Pour chaque type de vélo, le choix de la version électrique augmente le prix de location à la journée de $15$ euros.
    On appelle $X$ la variable aléatoire modélisant le prix de location d’un vélo à la journée.
    a. Donner la loi de probabilité de $X$. On présentera les résultats sous forme d’un tableau.
    $\quad$
    b. Calculer l’espérance mathématique de $X$ et interpréter ce résultat.
    $\quad$
  6. Lorsqu’on choisit $30$ clients d’Hugo au hasard, on assimile ce choix à un tirage avec remise. On note $Y$ la variable aléatoire associant à un échantillon de $30$ clients choisis au hasard le nombre de clients qui louent un vélo électrique.
    On rappelle que la probabilité de l’événement $E$ est : $p(E) = 0,58$.
    a. Justifier que $Y$ suit une loi binomiale dont on précisera les paramètres.
    $\quad$
    b. Déterminer la probabilité qu’un échantillon contienne exactement $20$ clients qui louent un vélo électrique. On donnera le résultat arrondi au millième.
    $\quad$
    c. Déterminer la probabilité qu’un échantillon contienne au moins $15$ clients qui louent un vélo électrique. On donnera le résultat arrondi au millième.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points
Thèmes : suites, fonctions

Cet exercice est un questionnaire à choix multiples. Pour chacune des questions suivantes, une seule des quatre réponses proposées est exacte.
Une réponse fausse, une réponse multiple ou l’absence de réponse à une question ne rapporte ni n’enlève de point.
Pour répondre, indiquer sur la copie le numéro de la question et la lettre de la réponse choisie. Aucune justification n’est demandée.

  1. On considère les suites $\left(a_n\right)$ et $\left(b_n\right)$ définie par $a_0=1$ et, pour tout entier naturel $n$, $a_{n+1} = 0,5a_n+1$ et $b_n=a_n-2$.
    On peut affirmer que :
    a. $\left(a_n\right)$ est arithmétique ;
    b. $\left(b_n\right)$ est géométrique ;
    c. $\left(a_n\right)$ est géométrique ;
    d. $\left(b_n\right)$ est arithmétique.
    $\quad$

Dans les questions 2. et 3., on considère les suites $\left(u_n\right)$ et $\left(b_n\right)$ définies par :$$u_0=2,~v_0=1 \text{ et, pour tout entier naturel }n :\begin{cases} u_{n+1}=u_n+3v_n\\v_{n+1}=u_n+v_n\end{cases}$$

  1. On peut affirmer que :
    a. $\begin{cases} u_2=5\\v_2=3\end{cases}$;
    b. $u_2^2-3v_2^2=-2^2$;
    c. $\dfrac{u_2}{v_2}=1,75$;
    d. $5u_1=3v_1$.
    $\quad$
  2. On considère le programme ci-dessous écrit en langage Python :
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def valeurs() :}\\
    \quad \text{u = 2}\\
    \quad \text{v = 1}\\
    \quad \text{for k in range(1,11) :}\\
    \qquad \text{c = u}\\
    \qquad \text{u = u+3*v}\\
    \qquad \text{v = c+v}\\
    \quad \text{return (u,v)}\\
    \hline
    \end{array}$$
    Ce programme renvoie :
    a. $u_{11} et $v_{11};
    b. $u_{10}$ et $v_{11}$;
    c. les valeurs de $u_n$ et $v_n$ pour $n$ allant de $1$ à $10$;
    d. $u_{10}$ et $v_{10}$.
    $\quad$

Pour les questions 4. et 5., on considère une fonction $f$ deux fois dérivable sur l’intervalle $[-4 ; 2]$. On note $f’$ la fonction dérivée de $f$ et $f\dsec$ la dérivée seconde de $f$.
On donne ci-dessous la courbe représentative $\mathcal{C}’$ de la fonction dérivée $f’$ dans un repère du plan. On donne de plus les points $A(-2; 0)$, $B(1; 0)$ et $C(0; 5)$.

  1. La fonction $f$ est :
    a. concave sur $[-2; 1]$;
    b. convexe sur $[-4; 0]$;
    c. convexe sur $[-2; 1]$;
    d. convexe sur $[0; 2]$.
    $\quad$
  2. On admet que la droite $(BC)$ est la tangente à la courbe $\mathcal{C}’$ au point $B$.
    On a :
    a. $f'(1) < 0$;
    b. $f'(1)= 5$;
    c. $f\dsec(1) > 0$;
    d. $f\dsec(1) = -5$.
    $\quad$
  3. Soit $f$ la fonction définie sur $\R$ par $f(x)=\left(x^2+1\right)\e^x$.
    La primitive $F$ de $f$ sur $\R$ telle que $F(0) = 1$ est définie par :
    a. $F(x)=\left(x^2-2x+3\right)\e^x$;
    b. $F(x)=\left(x^2-2x+3\right)\e^x-2$;
    c. $F(x)=\left(\dfrac{1}{3}x^3+x\right)\e^x+1$;
    d. $F(x)=\left(\dfrac{1}{3}x^3+x\right)\e^x$;
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points
Thèmes : fonction logarithme, suites

Les parties B et C sont indépendantes.

On considère la fonction $f$ définie sur $]0; +\infty[$ par $f(x) = x-x\ln(x)$, où $\ln$ désigne la fonction logarithme népérien.

Partie A

  1. Déterminer la limite de $f(x)$ quand $x$ tend vers $0$.
    $\quad$
  2. Déterminer la limite de $f(x)$ quand $x$ tend vers $+\infty$.
    $\quad$
  3. On admet que la fonction $f$ est dérivable sur $]0; +\infty[$ et on note $f’$ sa fonction dérivée.
    a. Démontrer que, pour tout réel $x>0$, on a : $f'(x)=-\ln(x)$.
    $\quad$
    b. En déduire les variations de la fonction $f$ sur $]0; +\infty[$ et dresser son tableau de variation.
    $\quad$
  4. Résoudre l’équation $f(x) = x$ sur $]0; +\infty[$.
    $\quad$

Partie B

Dans cette partie, on pourra utiliser avec profit certains résultats de la partie A.

On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie par : $$\begin{cases} u_0=0,5\\\text{pour tout entier naturel }n, u_{n+1}=u_n-u_n\ln\left(u_n\right)\end{cases}$$
Ainsi, pour tout entier naturel $n$, on a : $u_{n+1}=f\left(u_n\right)$.

  1. On rappelle que la fonction $f$ est croissante sur l’intervalle $[0,5; 1]$.
    Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a : $0,5\pp u_n\pp u_{n+1}\pp 1$.
    $\quad$
  2. a. Montrer que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$
    b. On note $l$ la limite de la suite $\left(u_n\right)$. Déterminer la valeur de $l$.
    $\quad$

Partie C

Pour un nombre réel $k$ quelconque, on considère la fonction $f_k$ définie sur $]0; +\infty[$ par : $$f_k(x)=kx-x\ln(x)$$

  1. Pour tout nombre réel $k$, montrer que $f_k$ admet un maximum $y_k$ atteint en $x_k=\e^{k-1}$.
    $\quad$
  2. Vérifier que, pour tout nombre réel $k$, on a : $x_k=y_k$.
    $\quad$

$\quad$

 

Exercice 4     7 points
Thème : géométrie dans l’espace

Dans l’espace rapporté à un repère orthonormé $\Oijk$, on considère :

  • la droite $\mathcal{D}$ passant par le point $𝐴(2; 4; 0)$ et dont un vecteur directeur est $\vec{u}\begin{pmatrix}1\\2\\0\end{pmatrix}$;
  • la droite $\mathcal{D}’$ dont une représentation paramétrique est : $\begin{cases}x=3\\y=3+t\\z=3+t\end{cases} \quad, t\in \R$.
  1. a. Donner les coordonnées d’un vecteur directeur $\vec{u’}de la droite $\mathcal{D}’$.
    $\quad$
    b. Montrer que les droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}’$ ne sont pas parallèles.
    $\quad$
    c. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $\mathcal{D}$.

On admet dans la suite de cet exercice qu’il existe une unique droite $\Delta$ perpendiculaire aux droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}’$. Cette droite ∆$\Delta$ coupe chacune des droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}’$. On appellera $M$ le point d’intersection de $\Delta$ et $\mathcal{D}$, et $M’$ le point d’intersection de $\Delta$ et $\mathcal{D}’$.

On se propose de déterminer la distance $MM’$ appelée « distance entre les droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}’$ ».

  1. Montrer que le vecteur $\vec{v}\begin{pmatrix}2\\-1\\1\end{pmatrix}$ est un vecteur directeur de la droite $\Delta$.
    $\quad$
  2. On note $\mathcal{P}$ le plan contenant les droites $\mathcal{D}$ et $\Delta$, c’est-à-dire le plan passant par le point $A$ et de vecteurs directeurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$.
    a. Montrer que le vecteur $\vec{n}\begin{pmatrix}2\\-1\\-5\end{pmatrix}$ est un vecteur normal au plan $\mathcal{P}$.
    $\quad$
    b. En déduire qu’une équation du plan $\mathcal{P}$ est : $2x-y-5z=0$.
    $\quad$
    c. On rappelle que $M’$ est le point d’intersection des droites $\Delta$ et $\mathcal{D}’$. Justifier que $M’$ est également le point d’intersection de $\mathcal{D}’$ et du plan $\mathcal{P}$.
    En déduire que les coordonnées du point $M’$ sont $(3; 1; 1)$.
    $\quad$
  3. a. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $\Delta$.
    $\quad$
    b. Justifier que le point $M$ a pour coordonnées $(1; 2; 0)$.
    $\quad$
    c. Calculer la distance $MM’$.
    $\quad$
  4. On considère la droite $d$ de représentation paramétrique $\begin{cases} x=5t\\y=2+5t\\z=1+t\end{cases} \quad$ avec $t\in \R$.
    a. Montrer que la droite $d$ est parallèle au plan $\mathcal{P}$.
    $\quad$
    b. On note $\ell$ la distance d’un point $N$ de la droite $d$ au plan $\mathcal{P}$. Exprimer le volume du tétraèdre $ANMM’$ en fonction de $\ell$.
    On rappelle que le volume d’un tétraèdre est donné par : $V=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{B}\times h$ où $\mathscr{B}$ désigne l’aire d’une base et $h$ la hauteur relative à cette base.
    $\quad$
    c. Justifier que, si $N_1$ et $N_2$ sont deux points quelconques de la droite $d$, les tétraèdres $AN_1MM’$ et $AN_2MM’$ ont le même volume.
    $\quad$

$\quad$

Bac – Spécialité mathématiques – Métropole, Antilles, Guyane – sujet 1 – 8 septembre 2022

Métropole Antilles/Guyane – 8 septembre 2022

Spécialité maths – Sujet 1 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. Pour tout réel $x$
    $\begin{align*} g(x)&=\dfrac{2\e^x}{\e^x+1} \\
    &=\dfrac{2\e^x}{\e^x\left(1+\e^{-x}\right) }\\
    &=\dfrac{2}{1+\e^{-x}}\end{align*}$
    Or $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^{-x}=0$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=2$.
    La droite d’équation $y=2$ est donc asymptote à la courbe représentative de la fonction $g$ en $+\infty$.
    Réponse b
    $\quad$
  2. La fonction $f\dsec$ semble positive sur $]-\infty;-1]$ et sur $[2;+\infty[$.
    Par conséquent $f$ est convexe sur $]-\infty;-1]$ et sur $[2;+\infty[$.
    Réponse c
    $\quad$
  3. Pour tout $n\in \N$ on a :
    $\begin{align*} v_{n+1}&=u_{n+1}-2 \\
    &=\dfrac{1}{2}u_{n+1}+1-2 \\
    &=\dfrac{1}{2}u_{n+1}-1 \\
    &=\dfrac{1}{2}\left(u_n-2\right)\\
    &=\dfrac{1}{2}v_n\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc géométrique de raison $\dfrac{1}{2}$.
    Réponse d
    $\quad$
  4. $0<\dfrac{1}{4}<1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} \left(\dfrac{1}{4}\right)^n=0$. Par conséquent $\lim\limits_{n\to +\infty} 1+\left(\dfrac{1}{4}\right)^n=1$.
    $\begin{align*}\dfrac{n}{n+1}&=\dfrac{n}{n\left(1+\dfrac{1}{n}\right)}\\
    &=\dfrac{1}{1+\dfrac{1}{n}}\end{align*}$
    Or $\lim\limits_{n\to +\infty} \dfrac{1}{n}=0$.
    Par conséquent $\lim\limits_{n\to +\infty} \dfrac{n}{n+1}=1$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} 2-\dfrac{n}{n+1}=1$.
    D’après le théorème des gendarmes, $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=1$.
    Réponse b
    $\quad$
  5. On considère la fonction $F$ définie sur $]0;+\infty[$ par $F(x)=\dfrac{1}{3}x^3\left(\ln(x)-\dfrac{1}{3}\right)$.
    La fonction $F$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que produit de fonctions dérivables sur cet intervalle.
    Pour tout $x>0$ on a :
    $\begin{align*} F'(x)&=\dfrac{1}{3}\times 3x^2\left(\ln(x)-\dfrac{1}{3}\right)+\dfrac{1}{3}x^3\times \dfrac{1}{x}\\
    &=x^2\ln(x)-\dfrac{1}{3}x^2+\dfrac{1}{3}x^2 \\
    &=x^2\ln(x)\end{align*}$
    Ainsi $F$ est une primitive de la fonction $f$.
    Réponse a
    $\quad$
  6. Soit $x\in \R$
    $\begin{align*} 2+\dfrac{3\e^{-x}-5}{\e^{-x}+1}&=\dfrac{2\e^{-x}+2+3\e^{-x}-5}{\e^{-x}+1} \\
    &=\dfrac{5\e^{-x}-3}{\e^{-x}+1} \\
    &=\dfrac{\e^{-x}\left(5-3\e^x\right)}{\e^{-x}\left(1+\e^x\right)} \\
    &=\dfrac{5-3\e^x}{1+\e^x}\end{align*}$
    Réponse a
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2

  1. a. On a $p\left(\conj{M}\cap \conj{G}\right)=0,06$ et $p\left(\conj{M}\right)=1-0,7$ c’est-à-dire $p\left(\conj{M}\right)=0,3$.
    Or
    $\begin{align*} P_{\conj{M}}\left(\conj{G}\right)&=\dfrac{p\left(\conj{M}\cap \conj{G}\right)}{p\left(\conj{M}\right)} \\
    &=\dfrac{0,06}{0,3} \\
    &=0,2\end{align*}$
    $\quad$
    b. On obtient l’arbre suivant :
    $\quad$
    $\quad$
    c. On veut calculer
    $\begin{align*} p\left(G\cap \conj{M}\right)&=p\left(\conj{M}\right)\times p_{\conj{M}}(G) \\
    &=0,3\times 0,8\\
    &=0,24\end{align*}$
    La probabilité de l’événement « le client visite la grotte et ne visite pas le musée » est égale à $0,24$.
    $\quad$
    d. $\left(M,\conj{M}\right)$ forme un système complet d’événements fini. D’après la formule des probabilités totales :
    $\begin{align*} p(G)&=p(G\cap M)+p\left(\conj{M}\cap G\right) \\
    &=p(M)\times p_M(G)+p\left(\conj{M}\cap G\right) \\
    &=0,7\times 0,6+0,24 \\
    &=0,66\end{align*}$
    $\quad$
  2. On veut calculer
    $\begin{align*} p_G(M)&=\dfrac{p(G\cap M)}{p(G)} \\
    &=\dfrac{0,7\times 0,6}{0,66} \\
    &=\dfrac{7}{11} \\
    &>\dfrac{1}{2}
    \end{align*}$
    L’affirmation est donc exacte.
    $\quad$
  3. a. On a $T(\Omega)=\acco{0,~5,~12,~17}$
    $\begin{align*} p(T=0)&=p\left(\conj{G}\cap \conj{M}\right) \\
    &=0,06\end{align*}$
    $\begin{align*} p(T=5)&=p\left(G\cap \conj{M}\right) \\
    &=0,24\end{align*}$
    $\begin{align*} p(T=12)&=p\left(\conj{G}\cap M\right) \\
    &=0,28\end{align*}$
    $\begin{align*} p(T=17)&=p\left(G\cap M\right) \\
    &=0,42\end{align*}$
    Ainsi
    $\begin{array}{|c|c|c|c|c|}
    \hline
    t&0&5&12&17\\
    \hline
    p(T=t)&0,06&0,24&0,28&0,42\\
    \hline
    \end{array}$
    $\quad$
    b. L’espérance mathématique de $T$ est donc
    $\begin{align*} E(T)&=0\times 0,06+5\times 0,24+12\times 0,28+17\times 0,42 \\
    &=11,7\end{align*}$
    $\quad$
    c. Un client dépense donc en moyenne $11,70$ €.
    On appelle $N$ le nombre moyen de clients par journée.
    $11,7N\pg 700 \ssi x\pg \dfrac{700}{11,7}$
    Or $\dfrac{700}{11,7}\approx 59,83$.
    Il faut donc, en moyenne, au moins $60$ clients par journée pour atteindre cet objectif.
    $\quad$
  4. On appelle $p$ le prix de la visite de la grotte. On appelle $T’$ la variable aléatoire qui modélise la somme dépensée par un client de l’hôtel pour ces visites. On obtient alors la loi de probabilité suivante
    $\begin{array}{|c|c|c|c|c|}
    \hline
    t&0&x&12&12+x\\
    \hline
    p(T’=t)&0,06&0,24&0,28&0,42\\
    \hline
    \end{array}$
    Son espérance est donc
    $\begin{align*} E(T’)&=0,24x+12\times 0,28+0,42(12+x) \\
    &=0,24x+3,36+5,04+0,42x \\
    &=8,4+0,66x\end{align*}$
    $\begin{align*} E(T’)=15&\ssi 8,4+0,66x=15 \\
    &\ssi 0,66x=6,6 \\
    &\ssi x=10\end{align*}$
    Le prix de la visite de la grotte devrait donc être de $10$ euros pour atteindre l’objectif.
    $\quad$
  5. On appelle $X$ la variable aléatoire comptant le nombre de clients ayant visité la grotte. On répète $100$ fois de façon indépendante la même expérience de Bernoulli de paramètre $0,66$.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=100$ et $p=0,66$.
    D’après la calculatrice :
    $\begin{align*} P(X\pg 75)&=1-P(X\pp 74) \\
    &\approx 0,034\end{align*}$
    La probabilité qu’au moins les trois quarts des clients de l’hôtel aient visité la grotte est environ égale à $0,034$.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

Partie A

  1. Par croissances comparées,$\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x}=0$.
    $\quad$
  2. a. Pour tout réel $x\pg 1$ on a :
    $\begin{align*} f'(x)&=\dfrac{\dfrac{1}{x}\times x-\ln(x)}{x^2} \\
    &=\dfrac{1-\ln(x)}{x^2}\end{align*}$
    $\quad$
    b. Pour tout réel $x\pg 1$ on a $x^2\pg 1$
    $1-\ln(x)=0\ssi \ln(x)=1\ssi=\e$ donc $f'(x)=0 \ssi x=\e$
    $1-\ln(x)>0 \ssi \ln(x)<1 \ssi x<\e$ donc $f'(x)>0 \ssi x\in [1;\e]$
    $1-\ln(x)<0 \ssi \ln(x)>1 \ssi x>\e$ donc $f'(x)>0 \ssi x\in [\e;+\infty[$
    $\quad$
    c. On obtient donc le tableau de variations suivant :
    $\quad$

    $\quad$
  3. a. Soit $k$ un réel, $0\pp k \pp \e^{-1}$. La fonction $f$ est continue et strictement croissante sur $[1;\e]$.
    $f(0)=0\pp k$ et $f(\e)=\e^{-1}\pg k$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $f(x)=k$ admet une unique solution $\alpha$ sur l’intervalle $[1;\e]$.
    $\quad$
    b. Soit $k$ strictement supérieur à $\dfrac{1}{\e}$.
    Pour tout réel $x\pg 1$ on a $fx)\pp \e^{-1}$.
    Par conséquent l’équation $f(x)=k$ n’admet aucune solution sur $[1;+\infty[$.
    $\quad$

Partie B

  1. La fonction $g$ est dérivable sur $\R$ comme composée de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a $g'(x)=\dfrac{1}{4}\e^{\frac{x}{4}}>0$ car la fonction exponentielle est strictement positive.
    La fonction $g$ est donc strictement croissante sur $\R$.
    $\quad$
  2. Pour tout $n\in \N$ on pose $P(n):~u_n \pp u_{n+1} \pp \e$.
    Initialisation : $u_0=1$ et $u_1=\e^{\frac{1}{4}}\approx 1,28$
    Par conséquent $u_0\pp u_1 \pp \e$ et $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $u_n \pp u_{n+1} \pp \e$. La fonction $g$ est strictement croissante sur $[1;\e]$. Par conséquent :
    $g\left(u_{n+1}\right) \pp g\left(u_{n+1}\right) \pp g(\e)$ soit $u_{n+1} \pp u_{n+2} \pp \e^{-1}\pp \e$.
    Donc $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    D’après le principe de récurrence, pour tout entier naturel $n$, on a $u_n\pp u_{n+1} \pp \e$.
    $\quad$
  3. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $\e$.
    Par conséquent $\left(u_n\right)$ converge vers un réel $\ell$.
    $\quad$
  4. $\e^{\frac{x}{4}}=x \ssi \dfrac{x}{4}=\ln(x) \ssi \dfrac{1}{4}=\dfrac{\ln(x)}{x} \ssi f(x)=\dfrac{1}{4}$
    $\quad$
  5. D’après la calculatrice une solution de l’équation $f(x)=\dfrac{1}{4}$ est environ égale à $1,43$ qui appartient bien à $[1;\e]$.
    Ainsi $\ell \approx 1,43$.

Ex 4

Exercice 4

  1. a. $\vect{DE}\begin{pmatrix} 12\\-15\\-6\end{pmatrix}$
    Par conséquent $\dfrac{1}{3}\vect{DE}\begin{pmatrix}4\\-5\\-2\end{pmatrix}$ est un vecteur directeur de $\Delta$.
    Ainsi, une représentation paramétrique de $\Delta$ est $\begin{cases} x=-1+4t\\y=6-5t\\z=8-2t\end{cases} \qquad t\in \R$.
    $\quad$
    b. $\Delta$ et $\Delta’$ sont parallèles. Un vecteur directeur de de $\Delta$ est donc également un vecteur directeur de $\Delta’$.
    Une représentation paramétrique de $\Delta’$ est donc $\begin{cases} x=4t\\y=-5t\\z=-2t\end{cases} \qquad t\in \R$.
    $\quad$
    c. $4t=1,36 \ssi t=0,34$
    De plus $-5\times 0,34=-1,7$ et $-2\times 0,34=-0,68 \neq -0,7$.
    Donc $F$ n’appartient pas à la droite $\Delta’$.
    $\quad$
  2. a. $\vect{AB}\begin{pmatrix}2\\2\\-1\end{pmatrix}$ et $\vect{AC}\begin{pmatrix}2\\0\\4\end{pmatrix}$.
    Ces deux vecteurs ne sont clairement pas colinéaires (aucune coordonnée nulle pour le vecteur $\vect{AB}$). Les points $A$, $B$ et $C$ définissent donc bien un plan.
    $\quad$
    b. On note $\vec{n}\begin{pmatrix}4\\-5\\-2\end{pmatrix}$.
    $\vec{n}.\vect{AB}=8-10+2=0$ et $\vec{n}.\vect{AC}=8+0-8=0$.
    Le vecteur $\vec{n}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(ABC)$.
    La droite $\Delta$ est par conséquent perpendiculaire au plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c. Une équation du plan $(ABC)$ est donc de la forme $4x-5y-2z+d=0$.
    Le point $A(-1;-1;3)$ appartient au plan $(ABC)$.
    Par conséquent $-4+5-6+d=0 \ssi d=5$.
    Une équation cartésienne du plan $(ABC)$ est donc $4x-5y-2z+5=0$.
    $\quad$
  3. a. Prenons $t=2$ dans la représentation paramétrique de $\Delta$.
    Le point de coordonnées $(7;-4;5)$ appartient donc à la droite $\Delta$.
    Donc $G(7;-4;4)$ appartient à la droite $\Delta$.
    $\quad$
    b. Les coordonnées du point $H$ sont solution du système
    $\begin{align*} \begin{cases} 4x-5y-2z+5=0\\x=-1+4t\\y=6-5t\\z=8-2t\end{cases}&\ssi \begin{cases} x=-1+4t\\y=6-5t\\z=8-2t\\-4+16t-30+25t-16+4t+5=0\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=-1+4t\\y=6-5t\\z=8-2t\\45t=45\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} t=1\\x=3\\y=1\\z=6\end{cases} \end{align*}$.
    Le point $H$ a donc pour coordonnées $(3;1;6)$.
    $\quad$
    c. La distance du point $G$ au plan $(ABC)$ est par conséquent $HG$.
    Or $\vect{HG}$ a pour coordonnées $\begin{pmatrix} -4\\5\\2\end{pmatrix}$
    Ainsi
    $\begin{align*} HG&=\sqrt{(-4)^2+5^2+2^2} \\
    &=\sqrt{16+25+4} \\
    &=\sqrt{45} \\
    &=\sqrt{9\times 5}\\
    &=3\sqrt{5}\end{align*}$
    $\quad$
  4. a. $\vect{AB}.\vect{AC}=4+0-4=0$.
    Le triangle $ABC$ est donc rectangle en $A$.
    $\quad$
    b. $AB=\sqrt{9}=3$ et $AC=\sqrt{20}=2\sqrt{5}$
    Le volume du tétraèdre $ABCG$ est donc
    $\begin{align*} V&=\dfrac{\dfrac{AB\times AC}{2}\times HG}{3} \\
    &=\dfrac{3\times \sqrt{5}\times 3\sqrt{5}}{3} \\
    &=15\end{align*}$
    $\quad$

Énoncé

Le sujet propose 4 exercices
Le candidat choisit 3 exercices parmi les 4 exercices et ne doit traiter que ces 3 exercices.

Exercice 1     7 points
Thèmes : fonctions, suites

Cet exercice est un questionnaire à choix multiples. Pour chacune des questions suivantes, une seule des quatre réponses proposées est exacte. Une réponse fausse, une réponse multiple ou l’absence de réponse à une question ne rapporte ni n’enlève de point.
Pour répondre, indiquer sur la copie le numéro de la question et la lettre de la réponse choisie. Aucune justification n’est demandée.

  1. On considère la fonction $g$ définie sur $\R$ par : $g(x)=\dfrac{2\e^x}{\e^x+1}$.
    La courbe représentative de la fonction $g$ admet pour asymptote en $+\infty$ la droite d’équation :
    a. $x=2$;
    b. $y=2$;
    c. $y=0$
    d. $x=-1$.
    $\quad$
  2. On considère une fonction $f$ définie et deux fois dérivable sur $\R$.
    On appelle $C$ sa représentation graphique.
    $\quad$
    On désigne par $d\dsec$ la dérivée seconde de $f$.
    $\quad$
    On a représenté sur le graphique ci-dessous la courbe de $f\dsec$, notée $C\dsec$.
    $\quad$

    $\quad$
    a. $C$ admet un unique point d’inflexion;
    b. $f$ est convexe sur l’intervalle $[-1;2]$;
    c. $f$ est convexe sur $]-\infty;-1]$ et sur $[2;+\infty[$;
    d. $f$ est convexe sur $\R$.
    $\quad$
  3. On donne la suite $\left(u_n\right)$ définie par : $u_0= 0$ et pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1}=\dfrac{1}{2}u_n+1$.
    La suite $\left(v_n\right)$, définie pour tout entier naturel $n$ par $v_n=u_n-2$, est :
    a. arithmétique de raison $-2$;
    b. géométrique de raison $-2$;
    c. arithmétique de raison $1$;
    d. géométrique de raison $\dfrac{1}{2}$.
    $\quad$
  4. On considère une suite $\left(u_n\right)$ telle que, pour tout entier naturel $n$, on a : $$1+\left(\dfrac{1}{4}\right)^n \pp u_n \pp 2-\dfrac{n}{n+1}$$
    On peut affirmer que la suite $\left(u_n\right)$ :
    a. converge vers $2$;
    b. converge vers $1$;
    c. diverge vers $+\infty$;
    d. n’a pas de limite.
    $\quad$
  5. Soit $f$ la fonction définie sur $]0; +\infty[$ par $f(x)=x^2\ln(x)$.
    Une primitive $F$ de $f$ sur $]0; +\infty[$ est définie par :
    a. $F(𝑥) =\dfrac{1}{3}x^3\left(\ln(x)-\dfrac{1}{3}\right)$;
    b. $F(x) = \dfrac{1}{3}x^3\left(\ln(x)-1\right)$;
    c. $F(x) = \dfrac{1}{3}x^2$;
    d. $F(x) = \dfrac{1}{3}x^2\left(\ln(x)-1\right)$.
    $\quad$
  6. Pour tout réel $x$ , l’expression $2+\dfrac{3\e^{-x}-5}{\e^{-x}+1}$ est égale à :
    a. $\dfrac{5-3\e^x}{1+\e^x}$;
    b. $\dfrac{5+3\e^x}{1-\e^x}$;
    c. $\dfrac{5+3\e^x}{1+\e^x}$;
    d. $\dfrac{5-3\e^x}{1-\e^x}$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points
Thème : probabilités

Un hôtel situé à proximité d’un site touristique dédié à la préhistoire propose deux visites dans les environs, celle d’un musée et celle d’une grotte.

Une étude a montré que $70\%$ des clients de l’hôtel visitent le musée. De plus, parmi les clients visitant le musée, $60\%$ visitent la grotte.
Cette étude montre aussi que $6\%$ des clients de l’hôtel ne font aucune visite.
On interroge au hasard un client de l’hôtel et on note :

  • $M$ l’événement : « le client visite le musée » ;
  • $G$ l’événement : « le client visite la grotte ».

On note $\conj{M}$ l’événement contraire de $M$, 𝐺$\conj{G}$ l’événement contraire de $G$, et pour tout événement $E$, on note $p(E)$ la probabilité de $E$.

Ainsi, d’après l’énoncé, on a : $p\left(\conj{M}\cap \conj{G}\right)= 0,06$

  1. a. Vérifier que $p_{\conj{M}}\left(\conj{G}\right) = 0,2$, où $p_{\conj{M}}\left(\conj{G}\right)$ désigne la probabilité que le client interrogé ne visite pas la grotte sachant qu’il ne visite pas le musée.
    $\quad$
    b. L’arbre pondéré ci-dessous modélise la situation. Recopier et
    compléter cet arbre en indiquant sur chaque branche la probabilité
    associée.
    $\quad$
    $\quad$
    c. Quelle est la probabilité de l’événement « le client visite la grotte et ne visite pas le musée » ?
    $\quad$
    d. Montrer que $p(G) = 0,66$.
    $\quad$
  2. Le responsable de l’hôtel affirme que parmi les clients qui visitent la grotte, plus de la moitié visitent également le musée. Cette affirmation est-elle exacte ?
    $\quad$
  3. Les tarifs pour les visites sont les suivants :
    $\bullet$ visite du musée : $12$ euros ;
    $\bullet$ visite de la grotte : $5$ euros.
    On considère la variable aléatoire $T$ qui modélise la somme dépensée par un client de l’hôtel pour ces visites.
    a. Donner la loi de probabilité de $T$. On présentera les résultats sous la forme d’un tableau.
    $\quad$
    b. Calculer l’espérance mathématique de $T$.
    $\quad$
    c. Pour des questions de rentabilité, le responsable de l’hôtel estime que le montant moyen des recettes des visites doit être supérieur à $700$ euros par jour. Déterminer le nombre moyen de clients par journée permettant d’atteindre cet objectif.
    $\quad$
  4. Pour augmenter les recettes, le responsable souhaite que l’espérance de la variable aléatoire modélisant la somme dépensée par un client de l’hôtel pour ces visites passe à $15$ euros, sans modifier le prix de visite du musée qui demeure à $12$ euros. Quel prix faut-il fixer pour la visite de la grotte afin d’atteindre cet objectif ? (On admettra que l’augmentation du
    prix d’entrée de la grotte ne modifie pas la fréquentation des deux sites).
    $\quad$
  5.  On choisit au hasard $100$ clients de l’hôtel, en assimilant ce choix à un tirage avec remise. Quelle est la probabilité qu’au moins les trois quarts de ces clients aient visité la grotte à l’occasion de leur séjour à l’hôtel ? On donnera une valeur du résultat à $10^{-3}$ près.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points
Thèmes : fonctions logarithme et exponentielle, suites

Les parties A et B sont, dans une large mesure, indépendantes.

Partie A

On considère la fonction $f$ définie sur l’intervalle $[1 ; +\infty[$ par $f(x)=\dfrac{\ln(x)}{x}$, où $\ln$ désigne la fonction logarithme népérien.

  1. Donner la limite de la fonction $f$ en $+\infty$.
    $\quad$
  2. On admet que la fonction $f$ est dérivable sur l’intervalle $[1 ; +\infty[$ et on note $f’$ sa fonction dérivée.
    a. Montrer que, pour tout nombre réel $x\pg 1$, $f'(x)=\dfrac{1-\ln(x)}{x^2}$.
    $\quad$
    b. Justifier le tableau de signes suivant, donnant le signe de $f'(x)$ suivant les valeurs de $x$.
    $\quad$

    $\quad$
    c. Dresser le tableau de variations complet de la fonction $f$.
    $\quad$
  3. Soit $k$ un nombre réel positif ou nul.
    a. Montrer que, si $0\pp k\pp \dfrac{1}{\e}$, l’équation $f(x)=k$ admet une unique solution sur l’intervalle $[1 ;\e]$.
    $\quad$
    b. Si $k>\dfrac{1}{\e}$, l’équation $𝑓(𝑥) = k$ admet-elle des solutions sur l’intervalle $[1 ; +\infty[$ ?
    Justifier.
    $\quad$

Partie B

Soit $g$ la fonction définie sur $\R$ par : $g(x)=\e^{\frac{x}{4}}$.
On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie par $u_0 = 1$ et, pour tout entier naturel $n$ : $$u_{n+1}=\e^{\frac{u_n}{4}} \text{  c’est à dire : } u_{n+1}=g\left(u_n\right)$$

  1. Justifier que la fonction $g$ est croissante sur $\R$.
    $\quad$
  2. Montrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a : $u_n\pp u_{n+1} \pp \e$.
    $\quad$
  3. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$

On note $\ell$ la limite de la suite $\left(u_n\right)$, et on admet que $\ell$ est solution de l’équation : $$\e^{\frac{x}{4}}=x$$

  1. En déduire que $\ell$ est solution de l’équation $f(x)=\dfrac{1}{4}$, où $f$ est la fonction étudiée dans la partie A.
    $\quad$
  2. Donner une valeur approchée à $10^{-2}$ près de la limite $\ell$ de la suite $\left(u_n\right)$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points
Thème : géométrie dans l’espace

Dans l’espace rapporté à un repère orthonormé $\Oijk$, on considère les points
$A(-1 ; -1 ; 3)$, $B(1 ; 1 ; 2)$, $C(1 ; -1 ; 7)$.
On considère également la droite ∆ passant par les points $D(-1 ; 6 ; 8)$ et $E(11 ; -9 ; 2)$.

  1. a. Vérifier que la droite $\Delta$ admet pour représentation paramétrique :
    $$\begin{cases}x = -1 + 4t\\y = 6-5t,z = 8-2t\end{cases} \quad \text{avec }t\in \R$$
    $\quad$
    b. Préciser une représentation paramétrique de la droite $\Delta’$ parallèle à $\Delta$ et passant par l’origine $O$ du repère.
    $\quad$
    c. Le point $F(1,36 ; -1,7 ; -0,7)$ appartient-il à la droite $\Delta’$ ?
    $\quad$
  2. a. Montrer que les points $A$, $B$ et $C$ définissent un plan.
    $\quad$
    b. Montrer que la droite $\Delta$ est perpendiculaire au plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c. Montrer qu’une équation cartésienne du plan $(ABC)$ est : $4x-5y-2z+5=0$.
    $\quad$
  3. a. Montrer que le point $G(7; -4; 4)$ appartient à la droite $\Delta$.
    $\quad$
    b. Déterminer les coordonnées du point $H$, projeté orthogonal du point $G$ sur le plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c. En déduire que la distance du point $G$ au plan $(ABC)$ est égale à $3\sqrt{5}$.
    $\quad$
  4. a. Montrer que le triangle $ABC$ est rectangle en $A$.
    $\quad$
    b. Calculer le volume $V$ du tétraèdre $ABCG$.
    On rappelle que le volume $V$ d’un tétraèdre est donné par la formule $V=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{B}\times h$ où $\mathscr{B}$ est l’aire d’une base et $h$ la hauteur correspondant à cette base.
    $\quad$

$\quad$

Bac – Spécialité mathématiques – Polynésie – sujet 1 – 30 août 2022

Polynésie – 30 août 2022

Spécialité maths – Sujet 1 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

Partie 1

  1. On peut utiliser l’arbre suivant :
    $\quad$
    On a alors :
    $\begin{align*} P(A\cap T)&=P(A)\times P_A(T) \\
    &=\dfrac{1}{4}\times 0,9 \\
    &=0,225\end{align*}$
    $\quad$
  2. $\left(A,\conj{A}\right)$ forme un système complet d’événements fini. D’après la formule des probabilités totales on a
    $\begin{align*} P(T)&=P(A\cap T)+P\left(\conj{A}\cap T\right) \\
    &=0,225+P\left(\conj{A}\right)\times P_{\conj{A}}(T) \\
    &=0,225+\dfrac{3}{4}\times 0,05 \\
    &=0,262~5\end{align*}$
    $\quad$
  3. On veut calculer :
    $\begin{align*} P_T(A)&=\dfrac{P(A\cap T)}{P(T)} \\
    &=\dfrac{0,225}{0,262~5} \\
    &=\dfrac{6}{7}\\
    &\approx 0,857~1\end{align*}$
    La probabilité que le patient soit atteint d’une angine nécessitant la prise d’antibiotiques sachant que sont test est positif est environ égale à $0,857~1$.
    $\quad$
  4. a. Les résultats erronés correspondent à :
    – le patient est atteint d’une angine nécessitant la prise d’antibiotique et le test est négatif;
    – le patient n’est pas atteint d’une angine nécessitant la prise d’antibiotique et le test est positif.
    Il s’agit donc des événements $A\cap \conj{T}$ et $\conj{A}\cap T$.
    $\quad$
    b. Les événements $A\cap \conj{T}$ et $\conj{A}\cap T$ sont disjoints donc
    $\begin{align*} P(E)&=P\left(\left(A\cap \conj{T}\right) \cup \left(\conj{A}\cap T\right)\right) \\
    &=P\left(A\cap \conj{T}\right)+P\left(\conj{A}\cap T\right) \\
    &=P(A)\times P_A\left(\conj{T}\right)+P\left(\conj{A}\right)\times P_{\conj{A}}(T) \\
    &=\dfrac{1}{4}\times 0,1+\dfrac{3}{4}\times 0,05 \\
    &=0,062~5 \end{align*}$
    $\quad$

Partie 2

  1. a. On réalise $50$ fois la même expérience de Bernoulli de paramètre $P(E)=0,062~5$ de façon indépendantes.
    Par conséquent $X$ suit la loi binomiale de paramètre $n=50$ et $p=0,062~5$.
    $\quad$
    b. On a :
    $\begin{align*} P(X=7)&=\dbinom{50}{7} \times 0,0625^7 \times (1-0,062~5)^{43} \\
    &\approx 0,023~2\end{align*}$
    $\quad$
    c. On veut calculer
    $\begin{align*} P(X\pg 1)&=1-P(X=0) \\
    &=1-(1-0,062~5)^{50} \\
    &\approx 0,960~3\end{align*}$
    La probabilité qu’il y ait au moins un patient dans l’échantillon dont le test est erroné est environ égale à $0,960~3$.
    $\quad$
  2. $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n$ et $p=0,062~5$.
    À l’aide de la calculatrice, on constate que pour tout entier $n$ inférieur ou égal à $247$ on a $P(X\pg 10) < 0,95$, avec en particulier $P(X\pg 10) \approx 0,948~6$ si $n=247$.
    On constate également que si $n=248$ alors $P(X\pg 10) \approx 0,950~2$.
    La valeur minimale de la taille de l’échantillon est donc $248$.
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

  1. a. Pour tout réel $x$ appartenant à $[0;1]$ on a $f(x)=-1,9x^2+1,9x$.
    La fonction $f$ est une fonction polynôme du second degré dont le coefficient principal est $a=-1,9<0$ et les racines sont $0$ et $1$. Le sommet a donc pour abscisse $\dfrac{0+1}{2}=\dfrac{1}{2}$.
    Ainsi $f$ est strictement croissante sur $\left[0;\dfrac{1}{2}\right]$ et strictement décroissante sur $\left[\dfrac{1}{2};1\right]$.
    $\quad$
    b. On a $f(0)=0$ et $f\left(\dfrac{1}{2}\right)=0,475$.
    De plus $f$ est croissante sur $\left[0;\dfrac{1}{2}\right]$.
    Par conséquent, pour tout réel $x \in \left[0;\dfrac{1}{2}\right]$ on a $f(x) \in \left[0;\dfrac{1}{2}\right]$.
    $\quad$
  2. Il semblerait que la suite soit strictement croissante et converge vers un réel $\ell \approx 0,47$.
    $\quad$
  3. a. Pour tout entier naturel $n$ on pose $P(n):~0\pp u_n \pp u_{n+1} \pp \dfrac{1}{2}$.
    Initialisation : On a $u_0=0,1$ et $u_1=0,171$. Donc $0\pp u_0\pp u_1 \pp \dfrac{1}{2}$.
    Ainsi $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $0\pp u_n \pp u_{n+1} \pp \dfrac{1}{2}$
    La fonction $f$ est croissante sur $\left[0;\dfrac{1}{2}\right]$.
    Par conséquent $f(0) \pp f\left(u_n\right) \pp f\left(u_{n+1}\right) \pp f\left(\dfrac{1}{2}\right)$.
    Soit $0\pp f(0) \pp u_{n+1} \pp u_{n+2} \pp f\left(\dfrac{1}{2} \pp \dfrac{1}{2}\right)$.
    Ainsi $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    D’après le principe de récurrence, pour tout entier naturel $n$, on a $0\pp u_n \pp u_{n+1} \pp \dfrac{1}{2}$.
    $\quad$
    b. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $\dfrac{1}{2}$. Elle converge donc vers un réel $\ell$.
    $\quad$
    c. La fonction $f$ est continue sur $[0;1]$ en tant que fonction polynôme, $u_{n+1}=f\left(u_n\right)$ et $0\pp u_n\pp u_{n+1}$ pour tout entier naturel $n$.
    Ainsi $\ell$ est solution de l’équation $f(x)=x$.
    Or :
    $\begin{align*} f(x)=x&\ssi -1,9x^2+1,9x=x\\
    &\ssi -1,9x^2+0,9x=0\\
    &\ssi x(-1,9x+0,9)=0\end{align*}$
    Les solutions de cette équation sont donc $0$ et $\dfrac{0,9}{1,9}=\dfrac{9}{19}$.
    La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et $u_0=0,1$. Ainsi, la seule solution possible est $\dfrac{9}{19}$.
    Par conséquent $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=\dfrac{9}{19}$.
    $\quad$

Partie 2

  1. On a $\lim\limits_{n\to +\infty} \left(\dfrac{1}{2}\right)^n=0$ car $-1<\dfrac{1}{2}<1$.
    De plus, pour tout entier naturel $n$, on a $0\pp u_n \pp \left(\dfrac{1}{2}\right)^n$.
    Par conséquent, d’après le théorème des gendarmes, $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=0$.
    $\quad$
  2. $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=0$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_n\pg 0$. Donc pour tout réel $\alpha>0$ il existe un entier naturel $n_0$ tel que, pour tout entier naturel $n\pg n_0$, on ait $0\pp u_n\pp x$.
    C’est en particulier vrai, pour $x=10^{-p}$ où $p\in \N$.
    Cela explique pourquoi la boucle $\texttt{while}$ ne tourne pas indéfiniment.
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3

Partie 1

  1. La fonction $g$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que quotient de fonctions dérivables sur $]0;+\infty[$ dont le dénominateur ne s’annule pas.
    Ainsi, pour tout réel $x>0$, on a :
    $\begin{align*} g'(x)&=\dfrac{\dfrac{2}{x}\times x-2\ln(x)\times 1}{x^2} \\
    &=\dfrac{2-2\ln(x)}{x^2}\end{align*}$.
    $\quad$
  2. a. On a
    $\begin{align*} g(\e)&=\dfrac{2\ln(\e)}{\e} \\
    &=\dfrac{2\times 1}{\e} \\
    &=\dfrac{2}{\e}\end{align*}$.
    $\quad$
    b. $g'(x)$ est du signe de $2-2\ln(x)$.
    Or $2-2\ln(x)>0 \ssi -2\ln(x)>-2 \ssi \ln(x)<1 \ssi x<\e$.
    La fonction $g$ est donc strictement croissante sur $]0;\e]$ et strictement décroissante sur $[\e;+\infty[$.
    $\quad$
    c. $\lim\limits_{x\to 0^+} \ln(x)=-\infty$ et $\lim\limits_{x\to 0^+} \dfrac{1}{x}=+\infty$.
    Par produit, $\lim\limits_{x\to 0^+} g(x)=-\infty$.
    Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x}=0$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=0$.
    $\quad$
  3. La fonction $g$ est strictement croissante sur $]0;\e[$ et s’annule en $1$. Par conséquent $g(x)<0$ sur $]0;1[$, $g(1)=0$ et $g(x)>0$ sur $]1;\e[$.
    La fonction $g$ est strictement décroissante sur $[\e;+\infty[$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=0$. Par conséquent, pour tout réel $x\pg \e$ on a $g(x)>0$.
    On obtient ainsi le tableau de signes suivant :
    $\quad$

    $\quad$

Partie 2

  1. La fonction $f$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que produit de fonctions dérivables sur cet intervalle.
    On a donc, pour tout réel $x>0$ :
    $\begin{align*} f'(x)&=2\times \dfrac{1}{x} \times \left(\ln(x)\right)^{2-1} \\
    &=\dfrac{2\ln(x)}{x} \\
    &=g(x)\end{align*}$
    Ainsi $f$ est une primitive de $g$ sur $]0;+\infty[$.
    $\quad$
  2. a. D’après la partie 1 on sait que, pour tout réel $x>0$ on a $g$ est strictement croissante sur $]0;+\e]$ et strictement décroissante sur $[\e;+\infty[$.
    Or $f'(x)=g(x)$ pour tout réel $x>0$.
    Ainsi, $f$ est convexe sur $]0;\e]$ et concave sur $[\e;+\infty[$.
    $\quad$
    b. D’après la partie 1, $g(x)<0$ sur $]0;1[$, $g(1)=0$ et $g(x)>0$ sur $]1;+\infty[$.
    Or $f'(x)=g(x)$ pour tout réel $x>0$.
    Donc $f$ est strictement décroissante sur $]0;1]$ et strictement croissante sur $[1;+\infty[$.
    $\quad$
  3. a. Une équation de la tangente à la courbe représentative de la fonction $f$ au point d’abscisse $\e$ est $y=f'(\e)(x-\e)+f(\e)$.
    Or $f'(\e)=g(\e)=\dfrac{2}{\e}$ et $f(\e)=1$.
    Ainsi, une équation de cette tangente est $y=\dfrac{2}{\e}(x-\e)+1$ soit $y=\dfrac{2}{\e}x-1$.
    $\quad$
    b. La fonction $f$ est convexe sur $]0;\e]$. Sa courbe représentative est donc située au-dessus de ses tangentes sur cet intervalle.
    Ainsi, pour tout $x\in]0;\e]$ on a $\left(\ln(x)\right)^2\pg \dfrac{2}{\e}x-1$.
    $\quad$

 

 

Ex 4

Exercice 4

  1. a. $C$ a pour coordonnées $(1;1;0)$, $F$ a pour coordonnées $(1;0;1)$ et $G$ a pour coordonnées $(1;1;1)$.
    $\quad$
    b. $\vect{CF}\begin{pmatrix}0\\-1\\1\end{pmatrix}$ et $\vect{CI}\begin{pmatrix}-1\\-\dfrac{1}{2}\\[2mm]1\end{pmatrix}$ sont deux vecteurs non colinéaires (ils n’ont pas la même coordonnée nulle) du plan $(CFI)$.
    De plus :
    $\vect{CF}.\vec{n}=0-2+2=0$ et $\vect{CI}.\vec{n}=-1-1+2=0$.
    Par conséquent $\vec{n}$ est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(CFI)$. Il est donc normal à ce plan.
    $\quad$
    c. Une équation cartésienne du plan $(CFI)$ est donc de la forme $x+2y+2z+d=0$.
    Or $C(1;1;0)$ appartient à ce plan. Donc $1+2+0+d=0 \ssi d=-3$.
    Une équation cartésienne du plan $(CFI)$ est donc $x+2y+2z-3=0$.
    $\quad$
  2. a. Le vecteur $\vec{n}$ est un vecteur directeur de $d$.
    Une représentation paramétrique de la droite $d$ est donc $$\begin{cases} x=1+t\\y=1+2t\\z=1+2t\end{cases} \quad t\in \R$$
    $\quad$
    b. Montrons que le point $K$ appartient à la fois au plan $(CFI)$ et à la droite $d$.
    $\dfrac{7}{9}+2\times \dfrac{5}{9}+2\times \dfrac{5}{9}-3=\dfrac{27}{9}-3=0$ : $K$ appartient au plan $(CFI)$.
    En prenant $t=-\dfrac{2}{9}$ dans la représentation paramétrique de $d$ on obtient $\begin{cases} x=\dfrac{7}{9}\\[2mm] y=\dfrac{5}{9}\\[2mm]z=\dfrac{5}{9}\end{cases}$. Donc $K$ appartient à $d$.
    La droite $d$ passe par le point $G$ et est orthogonale au plan $(CFI)$.
    Par conséquent $K\left(\dfrac{7}{9};\dfrac{5}{9};\dfrac{5}{9}\right)$ est le projeté orthogonal du point $G$ sur le plan $(CFI)$.
    $\quad$
    c. La distance cherchée est égale à $GK$. Or $\vect{GK}$ a pour coordonnées $\begin{pmatrix} -\dfrac{2}{9}\\[2mm]-\dfrac{4}{9}\\[2mm]-\dfrac{4}{9}\end{pmatrix}$.
    Ainsi :
    $\begin{align*} GK&=\sqrt{\left(-\dfrac{2}{9}\right)^2+\left(-\dfrac{4}{9}\right)^2+\left(-\dfrac{4}{9}\right)^2} \\
    &=\sqrt{\dfrac{4}{81}+\dfrac{16}{81}+\dfrac{16}{81}} \\
    &=\dfrac{6}{9} \\
    &=\dfrac{2}{3}\end{align*}$
    $\quad$
  3. a. L’aire du triangle $CFG$ rectangle en $G$ est $\mathscr{A}=\dfrac{1\times 1}{2}$ u.a.
    La hauteur de la pyramide $CFGI$ relative au somme $I$ est $[IJ]$ où $J$ est le milieu de $[FG]$ et mesure donc $1$ u.
    Ainsi le volume de cette pyramide est :
    $\begin{align*} V&=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{A}\times IJ \\
    &=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{1}{2}\times 1\\
    &=\dfrac{1}{6} \text{ u.v.}\end{align*}$
    $\quad$
    b. On appelle $\mathscr{A}’$ l’aire du triangle $CFI$.
    On a donc
    $\dfrac{1}{6}=\dfrac{1}{3}\mathscr{A}’\times GK \ssi \mathscr{A}’=\dfrac{1}{2GK} \ssi \mathscr{A}’=\dfrac{3}{4}$ u.a.
    $\quad$

Énoncé

Le sujet propose 4 exercices
Le candidat choisit 3 exercices parmi les 4 exercices et ne doit traiter que ces 3 exercices.

Exercice 1     7 points
Thème : probabilités

Parmi les angines, un quart nécessite la prise d’antibiotiques, les autres non.
Afin d’éviter de prescrire inutilement des antibiotiques, les médecins disposent d’un test de diagnostic ayant les caractéristiques suivantes :

  • lorsque l’angine nécessite la prise d’antibiotiques, le test est positif dans $90 \%$ des cas ;
  • lorsque l’angine ne nécessite pas la prise d’antibiotiques, le test est négatif dans $95 \%$ des cas.

Les probabilités demandées dans la suite de l’exercice seront arrondies à $10{-4}$ près si nécessaire.

Partie 1

Un patient atteint d’angine et ayant subi le test est choisi au hasard.
On considère les événements suivants :

  • $A$ : « le patient est atteint d’une angine nécessitant la prise d’antibiotiques » ;
  • $T$ : « le test est positif » ;
  • $\conj{A}$et $\conj{T}$ sont respectivement les événements contraires de $A$ et $T$.
  1. Calculer $P(A\cap T)$. On pourra s’appuyer sur un arbre pondéré.
    $\quad$
  2. Démontrer que $P(T) = 0,262~5$.
    $\quad$
  3. On choisit un patient ayant un test positif. Calculer la probabilité qu’il soit atteint d’une angine nécessitant la prise d’antibiotiques.
    $\quad$
  4. a. Parmi les événements suivants, déterminer ceux qui correspondent à un résultat erroné du test : $A\cap T$, $\conj{A}\cap T$, $A\cap \conj{T}$, $\conj{A}\cap \conj{T}$.
    $\quad$
    b. On définit l’événement $E$ : « le test fournit un résultat erroné ».
    Démontrer que $P(E) = 0,062~5$.
    $\quad$

Partie 2

On sélectionne au hasard un échantillon de 𝑛 patients qui ont été testés.
On admet que l’on peut assimiler ce choix d’échantillon à un tirage avec remise.
On note $X$ la variable aléatoire qui donne le nombre de patients de cet échantillon ayant un test erroné.

  1. On suppose que $n = 50$.
    a. Justifier que la variable aléatoire $X$ suit une loi binomiale $\mathscr{B}(n,p)$ de paramètres $n = 50$ et $p = 0,062~5$.
    $\quad$
    b. Calculer $P(X=7)$.
    $\quad$
    c. Calculer la probabilité qu’il y ait au moins un patient dans l’échantillon dont le test est erroné.
    $\quad$
  2. Quelle valeur minimale de la taille de l’échantillon faut-il choisir pour que $P(X\pg 10)$ soit supérieure à $0,95$ ?
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points
Thème : suites, fonctions

Soit $k$ un nombre réel.
On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie par son premier terme $u_0$ et pour tout entier naturel $n$, $$u_{n+1}=ku_n\left(1-u_n\right)$$

Les deux parties de cet exercice sont indépendantes. On y étudie deux cas de figure selon les valeurs de $\boldsymbol{k}$.

Partie 1

Dans cette partie, $k = 1,9$ et $u_0 = 0,1$.
On a donc, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1}=1,9u_n\left(1-u_n\right)$.

  1. On considère la fonction $f$ définie sur $[0 ; 1]$ par $f(x) = 1,9x(1-x)$.
    a. Etudier les variations de $f$ sur l’intervalle $[0 ; 1]$.
    $\quad$
    b. En déduire que si $x\in \left[0 ;\dfrac{1}{2}\right]$ alors $f(x)\in  \left[0 ;\dfrac{1}{2}\right]$.
    $\quad$
  2. Ci-dessous sont représentés les premiers termes de la suite $\left(u_n\right)$ construits à partir de la courbe $C_f$ de la fonction $f$ et de la droite $D$ d’équation $y=x$.
    Conjecturer le sens de variation de la suite $\left(u_n\right)$ et sa limite éventuelle.
    $\quad$

    $\quad$
  3. a. En utilisant les résultats de la question 1, démontrer par récurrence que pour tout entier naturel $n$ : $$0 \pp u_n \pp u_{n+1} \pp \dfrac{1}{2}$$
    $\quad$
    b. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ converge.
    $\quad$
    c. Déterminer sa limite.
    $\quad$

Partie 2

Dans cette partie, $k=\dfrac{1}{2}$ et $u_0=\dfrac{1}{4}$.
On a donc, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1}=\dfrac{1}{2}u_n\left(1-u_n\right)$ et $u_0=\dfrac{1}{4}$.
On admet que pour tout entier naturel $n$ ∶ $0\pp u_n\pp \left(\dfrac{1}{2}\right)^n$.

  1. Démontrer que la suite $\left(u_n\right)$ converge et déterminer sa limite.
    $\quad$
  2. On considère la fonction Python $\texttt{algo(p)}$ où $\texttt{p}$ désigne un entier naturel non nul :
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def algo(p) :}\\
    \quad \text{u = 1/4}\\
    \quad \text{ n = 0}\\
    \quad \text{while u > 10**(-9):}\\
    \qquad \text{u = 1/2*u*(1-u)}\\
    \qquad \text{n = n+1} \\
    \quad \text{return(n)}\\
    \hline
    \end{array}$$
    Expliquer pourquoi, pour tout entier naturel non nul $\texttt{p}$, la boucle $\texttt{while}$ ne tourne pas indéfiniment, ce qui permet à la commande $\texttt{algo(p)}$ de renvoyer une valeur.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points
Thème : fonctions

Partie 1

Soit $g$ la fonction définie pour tout nombre réel $x$ de l’intervalle $]0;+\infty[$ par : $$g(x) =
\dfrac{2\ln(x)}{x}$$

  1. On note $g’$ la dérivée de $g$. Démontrer que pour tout réel $x$ strictement positif : $$g'(x)=\dfrac{2-2\ln(x)}{x^2}$$
    $\quad$
  2. On dispose de ce tableau de variations de la fonction g sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ :
    $\quad$

    $\quad$
    Justifier les informations suivantes lues dans ce tableau :
    a. la valeur $\dfrac{2}{\e}$;
    $\quad$
    b. les variations de la fonction $g$ sur son ensemble de définition ;
    $\quad$
    c. les limites de la fonction $g$ aux bornes de son ensemble de définition.
    $\quad$
  3. En déduire le tableau de signes de la fonction $g$ sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$

Partie 2

Soit $f$ la fonction définie sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ par $f(x)=\left(\ln(x)\right)^2$.
Dans cette partie, chaque étude est effectuée sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.

  1. Démontrer que sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$, la fonction $f$ est une primitive de la fonction $g$.
    $\quad$
  2. À l’aide de la partie 1, étudier :
    a. la convexité de la fonction $f$ ;
    $\quad$
    b. les variations de la fonction $f$.
    $\quad$
  3. a. Donner une équation de la tangente à la courbe représentative de la fonction $f$ au point d’abscisse $\e$.
    $\quad$
    b. En déduire que, pour tout réel $x$ dans $]0 ; \e]$ : $$\left(\ln(x)\right)^2 \pg \dfrac{2}{\e}x-1$$
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points
Thème : géométrie dans le plan et dans l’espace

On considère le cube $ABCDEFGH$. On note $I$ le milieu du segment $[EH]$ et on considère le triangle $CFI$.
L’espace est muni du repère orthonormé $\left(A;\vect{AB},\vect{AC},\vect{AD}\right)$ et on admet que le point $I$ a pour coordonnées $\left(0 ;\dfrac{1}{2};1\right)$ dans ce repère.
$\quad$

$\quad$

  1. a. Donner sans justifier les coordonnées des points $C$, $F$ et $G$.
    $\quad$
    b. Démontrer que le vecteur $\vec{n}\begin{pmatrix}1\\2\\2\end{pmatrix}$ est normal au plan $(CFI)$.
    $\quad$
    c. Vérifier qu’une équation cartésienne du plan $(CFI)$ est : $x+2y+2z-3=0$.
    $\quad$
  2. On note $d$ la droite passant par $G$ et orthogonale au plan $(CFI)$.
    a. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $d$.
    $\quad$
    b. Démontrer que le point $K \left(\dfrac{7}{9};\dfrac{5}{9};\dfrac{5}{9}\right)$ est le projeté orthogonal du point $G$ sur le
    plan $(CFI)$.
    $\quad$
    c. Déduire des questions précédentes que la distance du point $G$ au plan $(CFI)$ est égale à $\dfrac{2}{3}$.
    $\quad$
  3. On considère la pyramide $GCFI$.
    On rappelle que le volume $V$ d’une pyramide est donné par la formule $V=\dfrac{1}{3}\times b\times h$, $b$ est l’aire d’une base et $h$ la hauteur associée à cette base.
    a. Démontrer que le volume de la pyramide $GCFI$ est égal à $\dfrac{1}{6}$, exprimé en unité de volume.
    $\quad$
    b. En déduire l’aire du triangle $CFI$, en unité d’aire.
    $\quad$

Bac – Spécialité mathématiques – Asie – sujet 2 – 18 mai 2022

Centres étrangers – Asie – 18 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 2- Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. a. $\vect{AB}\begin{pmatrix} 5\\1\\0\end{pmatrix}$, $\vect{DC}\begin{pmatrix} 5\\1\\0\end{pmatrix}$ et $\vect{AD}\begin{pmatrix} -1\\5\\-4\end{pmatrix}$.
    $\quad$
    b. $\vect{AB}=\vect{DC}$ donc $ABCD$ est un parallélogramme.
    De plus
    $\begin{align*} \vect{AB}.\vect{AD}&=5\times (-1)+1\times 5+0\times (-4) \\
    &=-5+5+0\\
    &=0\end{align*}$
    $ABCD$ est donc un parallélogramme dont deux côtés consécutifs sont perpendiculaires.
    Par conséquent $ABCD$ est un rectangle.
    $\quad$
    c. On a
    $\begin{align*} AB&=\sqrt{5^2+1^2+0^2} \\
    &=\sqrt{26}\end{align*}$
    et
    $\begin{align*} AD&=\sqrt{(-1)^2+5^2+(-4)^2} \\
    &=\sqrt{42}\end{align*}$
    L’aire du rectangle $ABCD$ est donc
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=AB\times AD \\
    &=\sqrt{26}\times \sqrt{42}\\
    &=2\sqrt{273}\end{align*}$
    $\quad$
  2. a. Les vecteurs $\vect{AB}$ et $\vect{AD}$ ne sont pas colinéaires (une des coordonnées de $\vect{AB}$ est nulle tandis que la même coordonnée de $\vect{AD}$ ne l’est pas).
    Ainsi $A$, $B$ et $D$ définissent bien un plan.
    $\quad$
    b. D’une part
    $\begin{align*} \vec{n}.\vect{AB}&=-2\times 5+10\times 1+13\times 0\\
    &=-10+10+0\\
    &=0\end{align*}$
    D’autre part
    $\begin{align*} \vec{n}.\vect{AD}&=-2\times (-1)+10\times 5+13\times (-4)\\
    &=2+50-52\\
    &=0\end{align*}$
    Le vecteur $\vec{n}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(ABD)$.
    $\vec{n}$ est donc normal au plan $(ABD)$.
    $\quad$
    c. Une équation cartésienne du plan $(ABD)$ est donc de la forme $-2x+10y+13z+d=0$.
    Le point $A(-3;1;3)$ appartient à ce plan.
    Par conséquent $6+10+39+d=0\ssi d=-55$
    Une équation cartésienne du plan $(ABD)$ est donc $-2x+10y+13z-55=0$.
    $\quad$
  3. a. Le vecteur $\vec{n}$ est un vecteur directeur de la droite $\Delta$.
    Une représentation paramétrique de la droite $\Delta$ est donc $$\begin{cases} x=-3-2t\\y=14+10t\\z=14+13t\end{cases} \quad t\in \R$$
    $\quad$
    b. Les coordonnées du point $I$ sont solution du système:
    $\begin{align*} \begin{cases} x=-3-2t\\y=14+10t\\z=14+13t\\-2x+10y+13z-55=0\end{cases}&\ssi \begin{cases} x=-3-2t\\y=14+10t\\z=14+13t\\-2(-3-2t)+10(14+10t)+13(14+13t)-55=0\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=-3-2t\\y=14+10t\\z=14+13t\\6+4t+140+100t+182+169t-55=0\end{cases}\\
    &\ssi \begin{cases} x=-3-2t\\y=14+10t\\z=14+13t\\273t+273=0\end{cases}\\
    &\ssi \begin{cases} t=-1\\x=-1\\y=4\\z=1\end{cases}\end{align*}$
    Le point $I$ a donc pour coordonnées $(-1;4;1)$.
    $\quad$
    c. $\vect{IK}\begin{align*} -2\\10\\-13\end{align*}$
    Donc
    $\begin{align*} IK&=\sqrt{(-2)^2+10^2+(-13)^2} \\
    &=\sqrt{273}\end{align*}$
    Ainsi la hauteur de la pyramide $KABCD$ de base $ABCD$ et de sommet $K$ vaut bien $\sqrt{273}$.
    $\quad$
  4. Le volume de la pyramide $KABCD$ est
    $\begin{align*} V&=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{A}\times IK \\
    &=\dfrac{1}{3}\times 2\sqrt{273}\times \sqrt{273} \\
    &=182\end{align*}$
    $\quad$

 

 

Ex 2

Exercice 2

Partie A

  1. La courbe $\mathscr{C}_2$ représente une fonction qui semble être strictement positive et strictement décroissante sur $]3;+\infty[$. La courbe de sa fonction dérivée est  strictement située en dessous de l’axe des abscisses ce qui n’est pas le cas de la courbe $\mathscr{C}_1$.
    En revanche la courbe $\mathscr{C}_1$ semble représenter une fonction strictement croissante. La courbe de sa fonction dérivée est donc située strictement au-dessus de l’axe des abscisses.
    Ainsi $f$ est représentée par $\mathscr{C}_1$ et $f’$ par $\mathscr{C}_2$.
    $\quad$
  2. Graphiquement l’équation $f(x)=3$ admet une unique solution qui vaut environ $5,6$.
    $\quad$
  3. Graphiquement la fonction $f$ semble être concave sur $\R$.
    $\quad$

Partie B

  1. On étudie le signe de la fonction $g$ définie sur $]3;+\infty[$ par $g(x)=x^2-x-6$.
    Le discriminant est $\Delta =25>0$.
    Les racines de $x^2-x-6$ sont donc $x_1=\dfrac{1-\sqrt{25}}{2}=-2$ et $x_2=\dfrac{1+\sqrt{25}}{2}=3$.
    Le coefficient principale de $x^2-x-6$ est $a=1>0$.
    Ainsi $g(x)>0$ sur $]3;+\infty[$.
    Par conséquent $\ln\left(x^2-x-6\right)$ est bien définie sur $]3;+\infty[$.
    $\quad$
  2. $\lim\limits_{x\to 3^+} x^2-x-6=0$ et $\lim\limits_{X\to 0^+} \ln(X)=-\infty$ donc $\lim\limits_{x\to 3^+} f(x)=-\infty$.
    $\lim\limits_{x\to +\infty} x^2-x-6=0$ (fonction du second degré dont le coefficient principal est positif) et $\lim\limits_{X\to +\infty} \ln(X)=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$.
    $\quad$
    La droite d’équation $x=3$ est donc asymptote à la courbe représentative de la fonction $f$.
    $\quad$
  3. a. La fonction $f$ est dérivable sur $I$ en tant que composée de fonctions dérivables.
    Pour tout réel $x\in I$ on a $f'(x)=\dfrac{2x-1}{x^2-x-6}$.
    $\quad$
    b. Pour tout réel $x\in I$ on a $x^2-x-6>0$. Ainsi, $f'(x)$ est du signe de $2x-1$.
    $2x-1=0\ssi 2x=1\ssi x=\dfrac{1}{2}$
    $2x-1>0 \ssi 2x>1\ssi x>\dfrac{1}{2}$
    Or $\dfrac{1}{2}<3$. Ainsi, pour tout réel $x\in I$, $f'(x)>0$.
    On obtient donc le tableau de variations suivant :$\quad$
  4. a. La fonction $f$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $]3;+\infty[$ et donc sur $]5;6[$.
    De plus $f(5)\approx 2,64<3$ et $f(6)\approx 3,18>3$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $f(x)=3$ admet une unique solution sur l’intervalle $]5;6[$.
    $\quad$
    b. D’après la calculatrice $5,63<\alpha<5,64$.
    $\quad$
  5. a. La fonction $f’$ est dérivable sur $]3;+\infty[$ en tant que quotient de fonctions dérivables dont le dénominateur ne s’annule pas.
    Ainsi, pour tout réel $x\in I$
    $\begin{align*} f\dsec(x)&=\dfrac{2\left(x^2-x-6\right)-(2x-1)^2}{\left(x^2-x-6\right)^2} \\
    &=\dfrac{2x^2-2x-12-\left(4x^2-4x+1\right)}{\left(x^2-x-6\right)^2} \\
    &=\dfrac{-2x^2+2x-13}{\left(x^2-x-6\right)^2} \end{align*}$
    $\quad$
    b. Un carré étant toujours positif, le signe de $f\dsec(x)$ ne dépend que de celui de $-2x^2+2x-13$.
    Son discriminant est $\Delta=-100<0$
    Le coefficient principal du polynôme du second degré est $a=-2<0$.
    Ainsi, pour tout réel $x\in I$, $-2x^2+2x-13<0$.
    Par conséquent, pour tout réel $x\in I$, $f\dsec(x)<0$ et la fonction $f$ est concave sur $I$.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

Partie 1

  1. S’il prend le bus de 8 h, il est sûr d’être à l’heure à l’aéroport à temps pour son vol. Donc $P_B(V)=1$.
    $\quad$
  2. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$
  3. $\left(B,\conj{B}\right)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales on a
    $\begin{align*} P(V)&=P(B\cap V)+P\left(\conj{B}\cap V\right) \\
    &=P(B)\times P_B(V)+P\left(\conj{B}\right)\times P_{\conj{B}}(V) \\
    &=0,2\times 1+0,8\times 0,5 \\
    &=0,6\end{align*}$
    $\quad$
  4. On veut calculer
    $\begin{align*} P_V(B)&=\dfrac{P(V\cap B)}{P(V)} \\
    &=\dfrac{0,2\times 1}{0,6}\\
    &=\dfrac{1}{3}\end{align*}$
    La probabilité que Julien soit arrivé à l’aéroport en bus sachant qu’il est à l’heure à l’aéroport pour son vol est égale à $\dfrac{1}{3}$.
    $\quad$

Partie 2

  1. On répète, de façon indépendante, $206$ fois la même expérience de Bernoulli. $X$ compte le nombre de passagers se présentant à l’embarquement.
    Donc $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=206$ et $p=0,95$.
    $\quad$
  2. L’espérance mathématique de $X$ est
    $\begin{align*} E(X)&=np\\
    &=206\times 0,95 \\
    &=195,7\end{align*}$
    En moyenne, $195,7$ (soit environ $196$) passagers vont se présenter à l’embarquement.
    $\quad$
  3. On a
    $\begin{align*} P(X=201)&=\dbinom{206}{201} \times 0,95^{201}\times 0,05^5 \\
    &\approx 0,031\end{align*}$
    La probabilité que $201$ passagers se présentent à l’embarquement est environ égale à $0,031$.
    $\quad$
  4. D’après la calculatrice, $P(X\pp 200)\approx 0,948$.
    La probabilité que le nombre de passagers se présentant à l’embarquement soit inférieur à la capacité de l’avion est environ égale à $0,948$.
    $\quad$
  5. a. On a :
    $\begin{align*} P(Y=6)&=1-\left(P(Y=0)+P(Y=1)+\ldots+P(Y=5)\right) \\
    &=0,000~03\end{align*}$
    $\quad$
    b. $206$ billets ont été vendus. La compagnie a donc encaissé $206\times 250=51~500$ euros.
    Pour chaque passager lésé la compagnie doit payer $250+600=850$ euros.
    Il y a $Y$ passagers lésés.
    Ainsi $C=51~500-850Y$.
    $\quad$
    c. La loi de probabilité de $C$ est donc donnée par le tableau suivant :
    $$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|}
    \hline
    c_i&51~500&50~650&49~800&48~950&48100&47~250&46~400 \\
    \hline
    P\left(C=c_i\right)&0,947~75&0,030~63&0,014~41&0,005~39&0,001~51&0,000~28&0,000~03\\
    \hline
    \end{array}$$
    L’espérance mathématique de $C$ est
    $\begin{align*} E(C)&=51~500\times P(C=51~500)+49~800\times P(C=50~650)+\ldots+46~400\times P(C=46~400) \\
    &=51~429,25\end{align*}$
    $\quad$
    d. En vendant $200$ billets le chiffre d’affaires est $200\times 250=50~000$ euros.
    Ainsi le chiffre d’affaires moyen en pratiquant le surbooking est supérieur à celui obtenu en vendant exactement $200$ billets.
    $\quad$

 

Ex 4

Exercice 4

  1. a. On a
    $\begin{align*} p_1&=0,3+0,7p_0^2 \\
    &=0,3+0,7\times 0,3^2 \\
    &=0,363\end{align*}$
    et
    $\begin{align*} p_2&=0,3+0,7p_1^2 \\
    &=0,3+0,7\times 0,363^2 \\
    &=0,392~238~3\end{align*}$
    La probabilité que la bactérie ait au plus une seule descendance est égale à $0,363$ et la probabilité qu’elle ait au plus deux descendance est égale à $0,392~238~3$.
    $\quad$
    b. La probabilité d’obtenir au moins $11$ générations de bactérie est $1-p_{10}\approx 0,572$.
    $\quad$
    c. La suite $\left(p_n\right)$ semble être croissante et converger vers un réel sont la valeur est environ égale à $0,428~5$.
    $\quad$
  2. a. Pour tout entier naturel $n$ on pose $R(n):~0\pp p_n\pp p_{n+1} \pp 0,5$.
    Initialisation : $p_0=0,3$ et $p_1=0,363$ donc $0\pp p_0\pp p_1 \pp 0,5$.
    Par conséquent $R(0)$ est vraie.
    $\quad$Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $R(n)$ vraie.
    $\begin{align*} 0\pp p_n\pp p_{n+1}\pp 0,5&\Rightarrow 0 \pp p_n^2\pp p_{n+1}^2 \pp 0,25 \\
    &\Rightarrow 0 \pp 0,7p_n^2\pp 0,7p_{n+1}^2 \pp 0,175 \\
    &\Rightarrow 0,3 \pp 0,3+0,7p_n^2\pp 0,3+0,7p_{n+1}^2 \pp 0,475 \end{align*}$
    Par conséquent $0\pp 0,3\pp p_{n+1}\pp p_{n+2} \pp 0,475\pp 0,5$ et $R(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$, $0\pp p_n\pp p_{n+1} \pp 0,5$.
    $\quad$
    b. La suite $\left(p_n\right)$ est croissante et majorée par $0,5$; elle converge donc vers un réel $L$.
    $\quad$
  3. a. La fonction $f:~x\mapsto 0,3+0,7x^2$ est continue sur $\R$ et, pour tout $n\in \N$, $p_{n+1}=f\left(p_n\right)$.
    Ainsi $L$ est solution de l’équation $x=f(x)$ soit $0,7x^2-x+0,3=0$.
    $\quad$
    b. Le discriminant de $0,7x^2-x+0,3$ est $\Delta =0,16>0$.
    Ce polynôme du second degré admet donc deux racines : $x_1=\dfrac{1-\sqrt{0,16}}{1,4}=\dfrac{3}{7}$ et $x_2=\dfrac{1+\sqrt{0,16}}{1,4}=1$.
    Seule $x_1$ appartient à l’intervalle $[0;0,5]$.
    Donc $L=\dfrac{3}{7}$.
    $\quad$
  4. On obtient la fonction suivante :
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def suite(n) :}\\
    \quad \text{p = 0.3}\\
    \quad \text{s= [p]}\\
    \quad \text{for i in range(n):}\\
    \qquad \text{p = 0.3 + 0.7 * p ** 2}\\
    \qquad \text{s.append(p)}\\
    \quad \text{return (s)}\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Principaux domaines abordés : Manipulation des vecteurs, des droites et des plans de l’espace. Orthogonalité et distances dans l’espace. Représentations paramétriques et équations cartésiennes.

Dans un repère orthonormé $\Oijk$ de l’espace, on considère les points $$A(-3 ; 1 ; 3),~B(2 ; 2 ; 3),~C(1 ; 7 ; -1),~D(-4 ; 6 ; -1) \text{ et } K(-3 ; 14 ; 14)$$

  1. a. Calculer les coordonnées des vecteurs $\vect{AB}$, $\vect{DC}$ et $\vect{AD}$.
    $\quad$
    b. Montrer que le quadrilatère $ABCD$ est un rectangle.
    $\quad$
    c. Calculer l’aire du rectangle $ABCD$.
    $\quad$
  2. a. Justifier que les points $A$, $B$ et $D$ définissent un plan.
    $\quad$
    b. Montrer que le vecteur $\vec{n}(-2 ; 10 ; 13)$ est un vecteur normal au plan $(ABD)$.
    $\quad$
    c. En déduire une équation cartésienne du plan $(ABD)$.
    $\quad$
  3. a. Donner une représentation paramétrique de la droite ∆$\Delta$ orthogonale au plan $(ABD)$ et qui passe par le point $K$.
    $\quad$
    b. Déterminer les coordonnées du point $I$, projeté orthogonal du point $K$ sur le plan $(ABD)$.
    $\quad$
    c. Montrer que la hauteur de la pyramide $KABCD$ de base $ABCD$ et de sommet $K$ vaut $\sqrt{273}$.
    $\quad$
  4. Calculer le volume $V$ de la pyramide $KABCD$.
    On rappelle que le volume $V$ d’une pyramide est donné par la formule : $$V =\dfrac{1}{3}\times \text{aire de la base} \times \text{hauteur}$$
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Principaux domaines abordés : Étude des fonctions. Fonction logarithme.

Partie A

 

Dans le repère orthonormé ci-dessus, sont tracées les courbes représentatives d’une fonction $f$ et de sa fonction dérivée, notée $f’$
, toutes deux définies sur $]3 ; +\infty[$.

  1. Associer à chaque courbe la fonction qu’elle représente. Justifier.
    $\quad$
  2. Déterminer graphiquement la ou les solutions éventuelles de l’équation $f (x) = 3$.
    $\quad$
  3. Indiquer, par lecture graphique, la convexité de la fonction $f$.
    $\quad$

Partie B

  1. Justifier que la quantité $\ln\left(x^2-x-6\right)$ est bien définie pour les valeurs $x$ de l’intervalle $]3 ; +\infty[$, que l’on nommera $I$ dans la suite.
    $\quad$
  2. On admet que la fonction $f$ de la Partie A est définie par $f(x)\ln\left(x^2-x-6\right)$ sur $I$.
    Calculer les limites de la fonction $f$ aux deux bornes de l’intervalle $I$.
    En déduire une équation d’une asymptote à la courbe représentative de la fonction $f$ sur $I$.
    $\quad$
  3. a. Calculer $f'(x)$ pour tout $x$ appartenant à $I$.
    $\quad$
    b. Étudier le sens de variation de la fonction $f$ sur $I$.
    Dresser le tableau des variations de la fonction $f$ en y faisant figurer les limites aux bornes de $I$.
    $\quad$
  4. a. Justifier que l’équation $f(x) = 3$ admet une unique solution $\alpha$ sur l’intervalle $]5; 6[.$
    $\quad$
    b. Déterminer, à l’aide de la calculatrice, un encadrement de $\alpha$ à $10^{-2}$ près.
    $\quad$
  5. a. Justifier que $f\dsec(x)=\dfrac{-2x^2+2x-13}{\left(x^2-x-6\right)^2}$.
    $\quad$
    b. Étudier la convexité de la fonction $f$ sur $I$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Principaux domaines abordés: Probabilités conditionnelles et indépendance. Variables aléatoires.

Les deux parties de cet exercice sont indépendantes

Partie 1
Julien doit prendre l’avion; il a prévu de prendre le bus pour se rendre à l’aéroport.
S’il prend le bus de 8 h, il est sûr d’être à l’aéroport à temps pour son vol.
Par contre, le bus suivant ne lui permettrait pas d’arriver à temps à l’aéroport.
Julien est parti en retard de son appartement et la probabilité qu’il manque son bus est de $0,8$.
S’il manque son bus, il se rend à l’aéroport en prenant une compagnie de voitures privées; il a alors une probabilité de $0,5$ d’être à l’heure à l’aéroport.
On notera :

  • $B$ l’évènement : « Julien réussit à prendre son bus »;
  • $V$ l’évènement : « Julien est à l’heure à l’aéroport pour son vol ».
  1. Donner la valeur de $P_B (V )$.
    $\quad$
  2. Représenter la situation par un arbre pondéré.
    $\quad$
  3. Montrer que $P(V) = 0,6$.
    $\quad$
  4. Si Julien est à l’heure à l’aéroport pour son vol, quelle est la probabilité qu’il soit arrivé à l’aéroport en bus ? Justifier.
    $\quad$

Partie 2

Les compagnies aériennes vendent plus de billets qu’il n’y a de places dans les avions car certains passagers ne se présentent pas à l’embarquement du vol sur lequel ils ont réservé.
On appelle cette pratique le surbooking.
Au vu des statistiques des vols précédents, la compagnie aérienne estime que chaque passager a $5 \%$ de chance de ne pas se présenter à l’embarquement.
Considérons un vol dans un avion de $200$ places pour lequel $206$ billets ont été vendus. On suppose que la présence à l’embarquement de chaque passager est indépendante des autres passagers et on appelle $X$ la variable aléatoire qui compte le nombre de passagers se présentant à l’embarquement.

  1. Justifier que $X$ suit une loi binomiale dont on précisera les paramètres.
    $\quad$
  2. En moyenne, combien de passagers vont-ils se présenter à l’embarquement ?
    $\quad$
  3. Calculer la probabilité que $201$ passagers se présentent à l’embarquement. Le résultat sera arrondi à $10^{-3}$ près.
    $\quad$
  4. Calculer $P(X \pp 200)$, le résultat sera arrondi à $10^{-3}$ près. Interpréter ce résultat dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
  5. La compagnie aérienne vend chaque billet à $250$ euros.
    Si plus de $200$ passagers se présentent à l’embarquement, la compagnie doit rembourser le billet d’avion et payer une pénalité de $600$ euros à chaque passager lésé.
    On appelle :
    $\bullet~~Y$ la variable aléatoire égale au nombre de passagers qui ne peuvent pas embarquer bien qu’ayant acheté un billet;
    $\bullet~~C$ la variable aléatoire qui totalise le chiffre d’affaire de la compagnie aérienne sur ce vol.
    $\quad$
    On admet que $Y$ suit la loi de probabilité donnée par le tableau suivant :
    $$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|}
    \hline
    y_i& 0& 1& 2& 3& 4& 5& 6\\
    \hline
    P\left(Y = y_i\right)&0,947~75& 0,030~63 &0,014~41 &0,005 ~39 &0,001~51& 0,000~28&\phantom{0,000~28}\\
    \hline
    \end{array}$$
    a. Compléter la loi de probabilité donnée ci-dessus en calculant $P(Y = 6)$.
    $\quad$
    b. Justifier que : $C = 51500−850Y$.
    $\quad$
    c. Donner la loi de probabilité de la variable aléatoire $C$ sous forme d’un tableau.
    Calculer l’espérance de la variable aléatoire $C$ à l’euro près.
    $\quad$
    d. Comparer le chiffre d’affaires obtenu en vendant exactement $200$ billets et le chiffre d’affaires moyen obtenu en pratiquant le surbooking.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points

Principaux domaines abordés: Suites numériques. Algorithmique et programmation.

On s’intéresse au développement d’une bactérie.
Dans cet exercice, on modélise son développement avec les hypothèses suivantes : cette bactérie a une probabilité $0,3$ de mourir sans descendance et une probabilité $0,7$ de se diviser en deux bactéries filles.
Dans le cadre de cette expérience, on admet que les lois de reproduction des bactéries sont les mêmes pour toutes les générations de bactéries qu’elles soient mère ou fille.
Pour tout entier naturel $n$, on appelle $p_n$ la probabilité d’obtenir au plus $n$ descendances pour une bactérie.
On admet que, d’après ce modèle, la suite $\left(p_n\right)$ est définie de la façon suivante :
$p_0 = 0,3$ et, pour tout entier naturel $n$, $$p_{n+1} = 0,3+0,7p_n^2$$

  1. La feuille de calcul ci-dessous donne des valeurs approchées de la suite $\left(p_n\right)$.

    a. Déterminer les valeurs exactes de $p_1$ et $p_2$ (masquées dans la feuille de calcul) et interpréter ces valeurs dans le contexte de l’énoncé.
    $\quad$
    b. Quelle est la probabilité, arrondie à $10^{-3}$ près, d’obtenir au moins $11$ générations de bactéries à partir d’une bactérie de ce type ?
    $\quad$
    c. Formuler des conjectures sur les variations et la convergence de la suite $\left(p_n\right)$.
    $\quad$

  2. a. Démontrer par récurrence sur $n$ que, pour tout entier naturel $n$, $0\pp p_n \pp p_{n+1}\pp 0,5$.
    $\quad$
    b. Justifier que la suite $\left(p_n\right)$ est convergente.
    $\quad$
  3. On appelle $L$ la limite de la suite $\left(p_n\right)$.
    a. Justifier que $L$ est solution de l’équation $0,7x
    2- x+0,3 = 0$
    $\quad$
    b. Déterminer alors la limite de la suite $\left(p_n\right)$.
    $\quad$
  4. La fonction suivante, écrite en langage Python, a pour objectif de renvoyer les $n$ premiers termes de la suite $\left(p_n\right)$.
    $$\begin{array}{ll}
    \begin{array}{l} 1\\2\\3\\4\\5\\6\\7\end{array}&\begin{array}{|l|}\hline\text{def suite(n) :}\\
    \quad \text{p = …}\\
    \quad \text{s = [p]}\\
    \quad \text{for i in range (…):}\\
    \quad \text{p = …}\\
    \quad \text{s.append(p)}\\
    \quad \text{return (s)}\\
    \hline
    \end{array}\end{array}$$
    Recopier, sur votre copie, cette fonction en complétant les lignes 2, 4 et 5 de façon à ce que la fonction $\texttt{suite(n)}$ retourne, sous forme de liste, les $n$ premiers termes de la suite.
    $\quad$

$\quad$

 

 

 

Bac – Spécialité mathématiques – Asie – sujet 1 – 17 mai 2022

Centres étrangers – Asie – 17 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 1- Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. a. Parmi les $5$ jetons, seuls $1$, $3$ et $5$ sont impairs.
    Donc $P_B(G)=\dfrac{3}{5}$.
    $\quad$
    b. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$
    $\quad$
  2. a. $P(B)=\dfrac{4}{12}=\dfrac{1}{3}$.
    $(B,~R)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales :
    $\begin{align*} P(G)&=P(G\cap B)+P(G\cap R)\\
    &=P(B)\times P_B(G)+P(R)\times P_R(G)\\
    &=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{3}{5}+\dfrac{2}{3}\times 0,3 \\
    &=0,4\end{align*}$
    $\quad$
    b. On veut calculer
    $\begin{align*} P_G(B)&=\dfrac{P(G\cap B)}{P(G)} \\
    &=\dfrac{\dfrac{1}{3}\times \dfrac{3}{5}}{0,4}\\
    &=\dfrac{1}{2}\end{align*}$
    La probabilité que le joueur ait obtenu une case blanche en lançant la roue sachant qu’il a gagner la partie est égale à $\dfrac{1}{2}$.
    $\quad$
  3. $P(G)=0,4$ et $P_B(G)=0,6$ donc $P(G)\neq P_B(G)$
    Les événements $B$ et $G$ ne sont pas indépendants.
    $\quad$
  4. a. On effectue de façon indépendante $10$ expériences de Bernoulli identiques.
    $X$ est égale au nombre de parties gagnées.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=10$ et $p=0,4$.
    $\quad$
    b. On veut calculer
    $\begin{align*} P(X=3)&=\dbinom{10}{3}0,4^3\times 0,6^7 \\
    &\approx 0,215\end{align*}$
    La probabilité que le joueur gagne exactement trois parties sur les dix parties jouées est environ égale à $0,215$.
    $\quad$
    c. On a
    $\begin{align*} P(X\pg 4)&=1-P(X<4) \\
    &=1-P(X\pp 3) \\
    &\approx 0,618\end{align*}$
    $\quad$
  5. a. On effectue de façon indépendante $n$ expériences de Bernoulli identiques.
    On appelle $Y$ la variable aléatoire égale au nombre de parties gagnées.
    $Y$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n$ et $p=0,4$.
    $\begin{align*} p_n&=P(Y\pg 1) \\
    &=1-P(Y=0) \\
    &=1-0,6^n \end{align*}$
    $\quad$
    b. $\quad$
    $\begin{align*} p_n\pg 0,99&\ssi 1-0,6^n \pg 0,99 \\
    &\ssi -0,6^n \pg -0,01 \\
    &\ssi 0,6^n \pp 0,01 \\
    &\ssi n\ln(0,6) \pp \ln(0,01) \\
    &\ssi n \pg \dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,6)} \qquad \text{car } \ln(0,6)<0\end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,1)}{\ln(0,6)}\approx 9,02$
    Le plus petit entier naturel $n$ pour lequel la probabilité de gagner au moins une partie est supérieur ou égale à $0,99$ est donc $10$.
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

Partie A : modèle discret de la quantité médicamenteuse

  1. $\quad$
    $\begin{align*} u_1&=\left(1-\dfrac{1}{10}\right)\times u_0+0,25 \\
    &=0,9\times 1+0,25\\
    &=1,15\end{align*}$
    Au bout d’une demi-heure il y avait donc $1,15$ mg de médicament dans le sang.
    $\quad$
  2. Toutes les $30$ minutes l’organisme élimine $10\%$ de la quantité de médicament présente dans le sang. Il reste donc $90\%$ de la quantité de médicament soit $0,9u_n$.
    Il reçoit une dose supplémentaire de $0,25$ mg de la substance médicamenteuse.
    Donc $u_{n+1}=0,9u_n+0,25$.
    $\quad$
  3. a. Pour tout entier naturel $n$ on pose $P(n):~u_n\pp u_{n+1} <5$.
    Initialisation : $u_0=1$ et $u_1=1,15$ donc $u_0\pp u_1<5$ et $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n$ un entier naturel. On suppose $P(n)$ vraie.
    $\begin{align*} u_n\pp u_{n+1} <5 &\ssi 0,9u_n\pp 0,9u_{n+1} < 4,5 \\
    &\ssi 0,9u_n+0,25\pp 0,9u_{n+1}+0,25<4,75\end{align*}$
    Donc $u_{n+1}\pp u_{n+2} <4,75<5$ et $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$, $u_n \pp u_{n+1} <5$.
    $\quad$
    b. La suite $\left(u_n\right)$ est  croissante et majorée par $5$. Par conséquent elle converge vers un réel $\ell$.
    $\quad$
  4. a. On obtient le script suivant :
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def efficace():}\\
    \quad \text{u = 1}\\
    \quad \text{n = 0}\\
    \quad \text{while u < 1.8:}\\
    \qquad \text{u = 0.9 * u + 0.25}\\
    \qquad \text{n = n + 1}\\
    \quad \text{return n}\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
    b. On a $u_7 \approx 1,78$ et $u_8\approx 1,85$.
    Par conséquent le script renvoie la valeur $8$.
    C’est donc au bout de $4$ heures que le médicament est réellement efficace.
    $\quad$
  5. a. Soit $n\in \N$. $v_n=2,5-u_n$ donc $u_n=2,5-v_n$.
    $\begin{align*} v_{n+1}&=2,5-u_{n+1} \\
    &=2,5-0,9u_n-0,25 \\
    &=-0,9u_n+2,25 \\
    &=-0,9\left(2,5-v_n\right)+2,25 \\
    &=0,9v_n-2,25+2,25 \\
    &=0,9v_n\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc géométrique de raison $0,9$ et de premier terme $v_0=1,5$.
    $\quad$
    b. Ainsi, pour tout entier naturel $n$ on a $v_n=1,5\times 0,9^n$.
    Par conséquent :
    $\begin{align*} u_n&=2,5-v_n\\
    &=2,5-1,5\times 0,9^n\end{align*}$
    $\quad$
    c. Pour tout entier naturel $n$ on a $1,5\times 0,9^n>0$ donc $u_n<2,5<3$.
    Le traitement de présente donc aucun risque pour le patient.
    $\quad$

Partie B : modèle continu de la quantité médicamenteuse

  1. $f(3,75)\approx 1,791<1,8$.
    Le médicament n’est donc pas réellement efficace au bout de $3$ h $45$ min.
    $\quad$
  2. $\quad$
    $\begin{align*} f(t)\pg 1,8 &\ssi 2,5-1,5\e^{-0,2t}\pg 1,8 \\
    &\ssi -1,5\e^{-0,2t}\pg -0,7 \\
    &\ssi \e^{-0,2t}\pp \dfrac{7}{15} \\
    &\ssi -0,2t\pp \ln\left(\dfrac{7}{15}\right) \\
    &\ssi t\pg -5\ln\left(\dfrac{7}{15}\right) \end{align*}$
    Le médicament est donc efficace au bout d’environ $3,810~7$ heures soit environ $3$ h $49$ min.
    $\quad$
  3. Selon le modèle de la partie A, le médicament était réellement efficace au bout de $4$ heures.
    Le modèle continu est donc réellement efficace plus rapidement.
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3

  1. On obtient la figure suivante :
    $\quad$
  2. On a $\vect{RP}\begin{pmatrix}-1\\0\\-2\end{pmatrix}$ et $\vect{RQ}\begin{pmatrix}-1\\2\\0\end{pmatrix}$
    Donc
    $\begin{align*} RP&=\sqrt{(-1)^2+0^2+(-2)^2} \\
    &=\sqrt{5}\end{align*}$
    et
    $\begin{align*} RQ&=\sqrt{(-1)^2+2^2+0^2} \\
    &=\sqrt{5}\end{align*}$
    Donc $RP=RQ$.
    Le triangle $RPQ$ est bien isocèle en $R$.
    $\quad$
  3. Les vecteurs $\vect{RP}$ et $\vect{RQ}$ ne sont clairement pas colinéaires (le coefficient $0$ ne se trouve à la même coordonnée). Les points $P$, $R$ et $Q$ définissent donc un plan.
    $\quad$
  4. a. D’une part
    $\begin{align*} \vec{u}.\vect{PR}&=2\times (-1)+1\times 0+(-1)\times (-2) \\
    &=-2+0+2 \\
    &=0\end{align*}$
    D’autre part
    $\begin{align*} \vec{u}.\vect{PQ}&=2\times (-1)+1\times 2+(-1)\times 0 \\
    &=-2+2+0 \\
    &=0\end{align*}$
    Le vecteur $\vec{u}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(PQR)$.
    $\vec{u}$ est par conséquent un vecteur normal au plan $(PQR)$.
    $\quad$
    b. Ainsi une équation cartésienne du plan $(PQR)$ est de la forme $2x+y-z+d=0$.
    Or $P(0;0;1)$ appartient au plan $(PQR)$.
    Par conséquent $0+0-1+d=0\ssi d=1$.
    Une équation cartésienne du plan $(PQR)$ est $2x+y-z+1=0$.
    $\quad$
    c. Le vecteur $\vec{u}$ est un vecteur directeur de la droite $(d)$.
    Une représentation paramétrique de la droite $(d)$ est donc : $$\begin{cases} x=2t\\y=t\\z=3-t\end{cases} \qquad t\in \R$$
    $\quad$
    d. En prenant $t=\dfrac{1}{3}$ dans la représentation paramétrique de la droite $(d)$ on obtient le point de coordonnées $\left(\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{3};\dfrac{8}{3}\right)$.
    $2\times \dfrac{2}{3}+\dfrac{1}{3}-\dfrac{8}{3}+1=-\dfrac{3}{3}+1=0$ : le point de coordonnées $\left(\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{3};\dfrac{8}{3}\right)$ appartient donc au plan $(PQR)$.
    Le point $L\left(\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{3};\dfrac{8}{3}\right)$ est par conséquent le projeté orthogonal du point $E$ sur le plan $(PQR)$.
    $\quad$
    e. On a $\vect{EL}\begin{pmatrix} \dfrac{2}{3}\\[3pt]\dfrac{1}{3}\\[3pt]-\dfrac{1}{3}\end{pmatrix}$
    Par conséquent :
    $\begin{align*} EL&=\sqrt{\left(\dfrac{2}{3}\right)^2+\left(\dfrac{1}{3}\right)^2+\left(-\dfrac{1}{3}\right)^2} \\
    &=\sqrt{\dfrac{6}{9}} \\
    &=\dfrac{\sqrt{6}}{3}\end{align*}$
    La distance du point $E$ au plan $(PQR)$ est donc égale à $\dfrac{\sqrt{6}}{3}$.
    $\quad$
  5. Le triangle $EQR$ est, par construction, rectangle en $E$. Son aire est donc
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{EQ\times ER}{2} \\
    &=\dfrac{2\times 1}{2} \\
    &=1\end{align*}$
    Ainsi, le volume du tétraèdre $EPQR$ est
    $\begin{align*} \mathscr{V}&=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{A}\times EP \\
    &=\dfrac{1}{3}\times 1\times 2 \\
    &=\dfrac{2}{3}\end{align*}$$\quad$
  6. On a également $\mathscr{V}=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{A}_{PQR}\times EL$ où $\mathscr{A}_{PQR}$ est l’aire du triangle $PQR$
    Ainsi
    $\dfrac{2}{3}=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{A}_{PQR}\times \dfrac{\sqrt{6}}{3} \ssi \mathscr{A}_{PQR}=\dfrac{6}{\sqrt{6}}$
    Ainsi l’aire du triangle $PQR$ est égale à $\sqrt{6}$ unités d’aire.
    $\quad$

 

 

Ex 4

Exercice 4

Partie A

  1. Graphiquement $f(1)=3$ et $f'(1)$ est le coefficient directeur de la droite $(AB)$. Par conséquent $f'(1)=1$.
    $\quad$
  2. a. D’après l’énoncé, la fonction $f$ est dérivable sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a $f'(x)=\dfrac{2ax}{ax^2+1}$.
    $\quad$
    b. $f(1)=3\ssi \ln(a+1)+b=3$.
    $f'(1)=1 \ssi \dfrac{2a}{a+1}=1$
    On résout donc le système
    $\begin{align*} \begin{cases} \ln(a+1)+b=3\\\dfrac{2a}{a+1}=1\end{cases} &\ssi \begin{cases} 2a=a+1 \\b=3-\ln(a+1)\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} a=1\\b=3-\ln(2)\end{cases}\end{align*}$
    Par conséquent, pour tout réel $x$ on a $f(x)=\ln\left(x^2+1\right)+3-\ln(2)$.
    $\quad$

Partie B

  1. Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} f(-x)&=\ln\left((-x)^2+1\right)+3-\ln(2) \\
    &=\ln\left(x^2+1\right)+3-\ln(2) \\
    &=f(x)\end{align*}$
    Par conséquent $f$ est paire.
    $\quad$
  2. $\lim\limits_{x\to +\infty} x^2+1=+\infty$ et $\lim\limits_{X\to +\infty} \ln(X)=+\infty$ par conséquent $\lim\limits_{x\to +\infty} \ln\left(x^2+1\right)=+\infty$
    Ainsi, $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$ et par parité $\lim\limits_{x\to -\infty} f(x)=+\infty$.
    $\quad$
  3. D’après la question A.2. on a, pour tout réel $x$, $f'(x)=\dfrac{2x}{x^2+1}$.
    Pour tout réel $x$, on a $x^2+1>0$.
    Donc $f'(x)$ est du signe de $2x$.
    Par conséquent :
    $\bullet~~f'(x)<0$ sur $]-\infty;0[$;
    $\bullet~~f'(0)=0$;
    $\bullet~~f'(x)>0$ sur $]0;\infty[$.On obtient donc le tableau de variations suivant :
    $\quad$
  4. D’après le tableau de variations, l’équation $f(x)=k$ admet deux solutions si, et seulement si, $k>3-\ln(2)$.
    Remarque : Pour le montrer rigoureusement, il faut utiliser le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires).
    $\quad$
  5. $\quad$
    $\begin{align*} f(x)=3+\ln(2)&\ssi \ln\left(x^2+1\right)+3-\ln(2)=3+\ln(2) \\
    &\ssi \ln\left(x^2+1\right)=2\ln(2)\\
    &\ssi \ln\left(x^2+1\right)=\ln(4) \\
    &\ssi x^2+1=4 \qquad \text{car la fonction $\ln$ est strictement croissante sur $]0;+\infty[$}\\
    &\ssi x^2=3 \\
    &\ssi x=\sqrt{3} \text{ ou } x=-\sqrt{3}\end{align*}$
    L’équation $f(x)=3+\ln(2)$ admet donc deux solutions $-\sqrt{3}$ et $\sqrt{3}$.
    $\quad$

Partie C

  1. Graphiquement $\mathscr{C}_f$ semble avoir deux points d’inflexion d’abscisse $-1$ et $1$.
    $\quad$
  2. Pour tout réel $x$ on a $f'(x)=\dfrac{2x}{x^2+1}$.
    La fonction $f’$ est dérivable sur $\R$ en tant que somme et quotient de fonctions dérivables dont le dénominateur ne s’annule pas.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} f\dsec(x)&=2\times \dfrac{x^2+1-x\times 2x}{\left(x^2+1\right)^2} \\
    &=\dfrac{2\left(1-x^2\right)}{\left(x^2+1\right)^2}\end{align*}$
    $\quad$
  3. Ainsi $f\dsec(x)\pg 0 \ssi 1-x^2\pg 0 \ssi x\in [-1;1]$.
    Le plus grand intervalle sur lequel la fonction $f$ est convexe est donc $[-1;1]$.
    $\quad$

 

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Principaux domaines abordés : Probabilités conditionnelles et indépendance. Variables aléatoires

Lors d’une kermesse, un organisateur de jeux dispose, d’une part, d’une roue comportant quatre cases blanches et huit cases rouges et, d’autre part, d’un sac contenant cinq jetons portant les numéros $1$, $2$, $3$,  $4$ et $5$.
Le jeu consiste à faire tourner la roue, chaque case ayant la même probabilité d’être obtenue, puis à extraire un ou deux jetons du sac selon la règle suivante :

  •  si la case obtenue par la roue est blanche, alors le joueur extrait un jeton du sac;
  • si la case obtenue par la roue est rouge, alors le joueur extrait successivement et sans remise deux jetons du sac.

Le joueur gagne si le ou les jetons tirés portent tous un numéro impair.

  1. Un joueur fait une partie et on note $B$ l’évènement « la case obtenue est blanche », $R$ l’évènement « la case obtenue est rouge » et $G$ l’évènement « le joueur gagne la partie ».
    a. Donner la valeur de la probabilité conditionnelle $P_B (G)$.
    $\quad$
    b. On admettra que la probabilité de tirer successivement et sans remise deux jetons impairs est égale à $0,3$.
    Recopier et compléter l’arbre de probabilité suivant :
    $\quad$

    $\quad$
  2. a. Montrer que $P(G) = 0,4$.
    $\quad$
    b. Un joueur gagne la partie.
    Quelle est la probabilité qu’il ait obtenu une case blanche en lançant la roue ?
    $\quad$
  3. Les évènements $B$ et $G$ sont-ils indépendants ? Justifier.
    $\quad$
  4. Un même joueur fait dix parties. Les jetons tirés sont remis dans le sac après chaque partie.
    On note $X$ la variable aléatoire égale au nombre de parties gagnées.
    a. Expliquer pourquoi $X$ suit une loi binomiale et préciser ses paramètres.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité, arrondie à $10^{-3}$ près, que le joueur gagne exactement trois parties sur les dix parties jouées.
    $\quad$
    c. Calculer $P(X > 4)$ arrondie à $10^{-3}$ près.
    Donner une interprétation du résultat obtenu.
    $\quad$
  5. Un joueur fait $n$ parties et on note $p_n$ la probabilité de l’évènement « le joueur gagne au moins une partie ».
    a. Montrer que $p_n = 1-0,6n$.
    $\quad$
    b. Déterminer la plus petite valeur de l’entier n pour laquelle la probabilité de gagner au moins une partie est supérieure ou égale à $0,99$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Principaux domaines abordés : Suites numériques. Algorithmique et programmation.

Un médicament est administré à un patient par voie intraveineuse.

Partie A : modèle discret de la quantité médicamenteuse

Après une première injection de $1$ mg de médicament, le patient est placé sous perfusion.
On estime que, toutes les $30$ minutes, l’organisme du patient élimine $10 \%$ de la quantité de médicament présente dans le sang et qu’il reçoit une dose supplémentaire de $0,25$ mg de la substance médicamenteuse.
On étudie l’évolution de la quantité de médicament dans le sang avec le modèle suivant : pour tout entier naturel $n$, on note $u_n$ la quantité, en mg, de médicament dans le sang du patient au bout de $n$ périodes de trente minutes. On a donc $u_0 = 1$.

  1. Calculer la quantité de médicament dans le sang au bout d’une demi-heure.
    $\quad$
  2. Justifier que, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} = 0,9u_n +0,25$.
    $\quad$
  3. a. Montrer par récurrence sur $n$ que, pour tout entier naturel $n$, $u_n \pp u_{n+1} < 5$.
    $\quad$
    b. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$
  4. On estime que le médicament est réellement efficace lorsque sa quantité dans le sang du patient est supérieure ou égale à $1,8$ mg.
    a. Recopier et compléter le script écrit en langage Python suivant de manière à déterminer au bout de combien de périodes de trente minutes le médicament commence à être réellement efficace.
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def efficace():}\\
    \quad\text{u = 1}\\
    \quad\text{n = 0}\\
    \quad\text{while ……:}\\
    \qquad\text{u = ……}\\
    \qquad\text{n = n + 1}\\
    \quad\text{return n}\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
    b. Quelle est la valeur renvoyée par ce script ? Interpréter ce résultat dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
  5. Soit $\left(v_n\right)$ la suite définie, pour tout entier naturel $n$, par $v_n = 2,5-u_n$.
    a. Montrer que $\left(v_n\right)$ est une suite géométrique dont on précisera la raison et le premier terme $\left(v_0\right)$.
    $\quad$
    b. Montrer que, pour tout entier naturel $n$, $u_n = 2,5-1,5×0,9^n$.
    $\quad$
    c. Le médicament devient toxique lorsque sa quantité présente dans le sang du patient dépasse $3$ mg.
    D’après le modèle choisi, le traitement présente-t-il un risque pour le patient ?
    Justifier.
    $\quad$

Partie B : modèle continu de la quantité médicamenteuse

Après une injection initiale de $1$ mg de médicament, le patient est placé sous perfusion.
Le débit de la substance médicamenteuse administrée au patient est de $0,5$ mg par heure.
La quantité de médicament dans le sang du patient, en fonction du temps, est modélisée par la fonction $f$ , définie sur $[0 ; +\infty[$, par $$f (t) = 2,5-1,5\e^{-0,2t}$$
où $t$ désigne la durée de la perfusion exprimée en heure.
On rappelle que ce médicament est réellement efficace lorsque sa quantité dans le sang du patient est supérieure ou égale à $1,8$ mg.

  1. Le médicament est-il réellement efficace au bout de $3$ h $45$ min ?
    $\quad$
  2. Selon ce modèle, déterminer au bout de combien de temps le médicament devient réellement efficace.
    $\quad$
  3. Comparer le résultat obtenu avec celui obtenu à la question 4. b. du modèle discret de la Partie A.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Principaux domaines abordés : Manipulation des vecteurs, des droites et des plans de l’espace. Orthogonalité et distances dans l’espace. Représentations paramétriques et équations cartésiennes.

Le solide $ABCDEFGH$ est un cube. On se place dans le repère orthonormé $\left(A,\vec{i},\vec{j},\vec{k}\right)$ de l’espace dans lequel les coordonnées des points $B$, $D$ et $E$ sont : $$B(3 ; 0 ; 0),~D(0 ; 3 ; 0) \text{ et } E(0 ; 0 ; 3)$$

 

On considère les points $P(0; 0; 1)$, $Q(0; 2; 3)$ et $R(1; 0; 3)$.

  1. Placer les points $P$, $Q$ et $R$ sur la figure en ANNEXE qui sera à rendre avec la copie.
    $\quad$
  2. Montrer que le triangle $PQR$ est isocèle en $R$.
    $\quad$
  3. Justifier que les points $P$, $Q$ et $R$ définissent un plan.
    $\quad$
  4. On s’intéresse à présent à la distance entre le point $E$ et le plan $(PQR)$.
    a. Montrer que le vecteur $\vec{u} (2 ; 1 ; -1)$ est normal au plan $(PQR)$.
    $\quad$
    b. En déduire une équation cartésienne du plan $(PQR)$.
    $\quad$
    c. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $(d)$ passant par le point $E$ et orthogonale au plan $(PQR)$.
    $\quad$
    d. Montrer que le point $L\left(\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{3};\dfrac{8}{3}\right)$ est le projeté orthogonal du point $E$ sur le plan $(PQR)$.
    $\quad$
    e. Déterminer la distance entre le point $E$ et le plan $(PQR)$.
    $\quad$
  5. En choisissant le triangle $EQR$ comme base, montrer que le volume du tétraèdre $EPQR$ est $\dfrac{2}{3}$.
    On rappelle que le volume $V$ d’un tétraèdre est donné par la formule : $$V =\dfrac{1}{3}\times \text{aire d’une base}\times \text{hauteur correspondante}$$
    $\quad$
  6. Trouver, à l’aide des deux questions précédentes, l’aire du triangle $PQR$.
    $\quad$

ANNEXE

$\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points

Principaux domaines abordés : Étude de fonctions. Fonction logarithme.

Soit $f$ une fonction définie et dérivable sur $\R$. On considère les points $A(1; 3)$ et $B(3; 5)$.
On donne ci-dessous $\mathscr{C}_f$ la courbe représentative de $f$ dans un repère orthogonal du plan, ainsi que la tangente $(AB)$ à la courbe $\mathscr{C}_f$ au point $A$.

Les trois parties de l’exercice peuvent être traitées de manière indépendante.

Partie A

  1. Déterminer graphiquement les valeurs de $f(1)$ et $f'(1)$.
    $\quad$
  2. La fonction $f$ est définie par l’expression $f (x) = \ln\left(ax^2+1\right)+b$, où $a$ et $b$ sont des nombres réels positifs.
    a. Déterminer l’expression de $f'(x)$.
    $\quad$
    b. Déterminer les valeurs de $a$ et $b$ à l’aide des résultats précédents.
    $\quad$

Partie B

On admet que la fonction $f$ est définie sur $\R$ par $$f(x) = \ln\left(x^2+1\right)+3-\ln(2)$$

  1. Montrer que $f$ est une fonction paire.
    $\quad$
  2. Déterminer les limites de $f$ en $+\infty$ et en $-\infty$.
    $\quad$
  3. Déterminer l’expression de $f'(x)$.
    Étudier le sens de variation de la fonction $f$ sur $\R$.
    Dresser le tableau des variations de $f$ en y faisant figurer la valeur exacte du minimum ainsi que les limites de $f$ en $-\infty$ et $+\infty$.
    $\quad$
  4. À l’aide du tableau des variations de $f$ , donner les valeurs du réel $k$ pour lesquelles l’équation $f (x) = k$ admet deux solutions.
    $\quad$
  5. Résoudre l’équation $f (x) = 3+\ln 2$.
    $\quad$

Partie C
On rappelle que la fonction $f$ est définie sur $\R$ par $f(x) = \ln\left(x^2+1\right)+3-\ln(2)$.

  1. Conjecturer, par lecture graphique, les abscisses des éventuels points d’inflexion de la courbe $\mathscr{C}_f$.
    $\quad$
  2. Montrer que, pour tout nombre réel $x$, on a : $f\dsec(x)=\dfrac{2\left(1-x^2\right)}{\left(x^2+1\right)^2}$.
    $\quad$
  3. En déduire le plus grand intervalle sur lequel la fonction $f$ est convexe.
    $\quad$

$\quad$

 

 

Bac – Spécialité mathématiques – Amérique du Nord – sujet 2 – 19 mai 2022

Amérique du nord – 19 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 2 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$
    $\quad$
  2. a. $\left(A_1,B_1\right)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales :
    $\begin{align*} a_2&=P\left(A_2\right) \\
    &=P\left(A_1\cap A_2\right)+P\left(B_1\cap A_2\right) \\
    &=P\left(A_1\right)\times P_{A_1}\left(A_2\right)+P\left(B_1\right)\times P_{B_1}\left(A_2\right) \\
    &=0,5\times 0,84+0,5\times 0,24 \\
    &=0,54\end{align*}$
    $\quad$
    b. On veut calculer :
    $\begin{align*} P_{A_2}\left(B_1\right)&=\dfrac{P\left(A_2\cap B_1\right)}{P\left(A_2\right)} \\
    &=\dfrac{0,5\times 0,24}{0,54}\\
    &=\dfrac{2}{9}\end{align*}$
    La probabilité que le vélo se trouve au point B le premier matin sachant qu’il se trouve au point A le deuxième matin est égale à $\dfrac{2}{9}$ soit environ égale à $0,222$.
    $\quad$
  3. a. On obtient l’arbre suivant :$\quad$
    b. Soit $n\in \N^*$. $\left(A_n,B_n\right)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales on a
    $\begin{align*} a_{n+1}&=P\left(A_{n+1}\right) \\
    &=P\left(A_n\cap A_{n+1}\right)+P\left(B_n\cap A_{n+1}\right) \\
    &=P\left(A_n\right)\times P_{A_n}\left(A_{n+1}\right)+P\left(B_n\right)\times P_{B_n}\left(A_{n+1}\right) \\
    &=0,84a_n+0,24\left(1-a_n\right) \\
    &=0,6a_n+0,24\end{align*}$
    $\quad$
  4. Pour tout entier naturel $n$ non nul on pose $R(n):~a_n=0,6-0,1\times 0,6^{n-1}$.
    Initialisation : $a_1=0,5$ et $0,6-0,1^1=0,5$ donc $R(1)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $R(n)$ vraie.
    $\begin{align*} a_{n+1}&=0,6a_n+0,24 \\
    &=0,6\left(0,6-0,1\times 0,6^{n-1}\right)+0,24\\
    &=0,36-0,1\times 0,6^n+0,24 \\
    &=0,6-0,1\times 0,6^n\end{align*}$
    Donc $R(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $1$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$ on a $a_n=0,6-0,1\times 0,6^{n-1}$.
    $\quad$
  5. $-1<0,6<1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} 0,6^n=0$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} a_n=0,6$.
    Sur le long terme, la probabilité que le vélo se trouve au point $A$ est égale à $0,6$.
    $\quad$
  6. $\quad$
    $\begin{align*} a_n\pg 0,599&\ssi 0,6-0,1\times 0,6^{n-1}\pg 0,599 \\
    &\ssi -0,1\times 0,6^{n-1} \pg -0,001 \\
    &\ssi 0,6^{n-1} \pp 0,01 \\
    &\ssi (n-1)\ln(0,6)\pp \ln(0,01) \\
    &\ssi n-1\pg \dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,6)} \quad \text{car } \ln(0,6)<0\\
    &\ssi n\pg \dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,6)}+1\end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,6)}+1\approx 10,02$
    Le plus petit entier naturel $n$ tel que $a_n\pg 0,599$ est donc $11$.
    La probabilité que le vélo se trouve au point $A$ est supérieure à $0,599$ à partir du $11$-ième jour.
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

Partie A

  1. La fonction $p$ est dérivable sur $[-3;4]$ en tant que fonction polynôme.
    Pour tout réel $x\in [-3;4]$ on a $p'(x)=3x^2-6x+5$.
    Il s’agit d’un polynôme du second degré dont le discriminant est $\Delta=-24<0$
    Ainsi $p'(x)$ est du signe du coefficient principal $a=3>0$.
    Par conséquent $p$ est strictement croissante sur $[-3;4]$.
    $\quad$
  2. La fonction $p$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $[-3;4]$.
    $p(-3)=-68<0$ et $p(4)=37>0$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires), l’équation $p(x)=0$ admet une unique solution $\alpha$ sur $[-3;4]$.
    $\quad$
  3. D’après la calculatrice $\alpha\approx -0,2$.
    $\quad$
  4. La fonction $p$ est strictement croissante sur $[-3;4]$ et s’annule en $\alpha$. On obtient alors le tableau de signes suivant :
    $\quad$

Partie B

  1. a. La fonction $f$ est dérivable sur $[-3;4]$ en tant que quotient de fonctions dérivables dont le dénominateur ne s’annule pas.
    Pour tout réel $x\in [-3;4]$ on a :
    $\begin{align*} f'(x)&=\dfrac{\e^x\left(1+x^2\right)-2x\e^x}{\left(1+x^2\right)^2} \\
    &=\dfrac{\left(x^2-2x+1\right)\e^x}{\left(1+x^2\right)^2} \\
    &=\dfrac{(x-1)^2\e^x}{\left(1+x^2\right)^2} \end{align*}$
    $\quad$
    b. On a fonc $f'(1)=0$.
    La courbe $\mathscr{C}_f$ admet une tangente horizontale au point d’abscisse $1$.
    $\quad$
  2. a. Il semblerait que la fonction change de convexité (et donc $\mathscr{C}_f$ possède un point d’inflexion) environ en $0$ et en $1$.
    Le toboggan semble dont assurer de bonnes sensations.
    $\quad$
    b. La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$ et pour tout réel $x\in [-3;4]$ on a $\left(1+x^2\right)^3>0$.
    Le signe de $f\dsec(x)$ ne dépend donc que de celui de $p(x)(x-1)$.
    $x-1=0 \ssi x=1$ et $x-1>0\ssi x>1$.
    D’après le tableau de signes obtenu à la question A.4. on obtient le tableau de signes de $f\dsec(x)$.
    La fonction $f$ est donc convexe sur $[-3;\alpha]$ et $[1;4]$ et concave sur $[\alpha;1]$. $f\dsec(x)$ s’annule en $\alpha$ et $1$.
    Donc $\mathscr{C}_f$ possède deux points d’inflexion et le toboggan assurera de bonnes sensations.
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3

  1. a. $\vect{AR}\begin{pmatrix}0\\3\\2\end{pmatrix}$ et $\vect{AT}\begin{pmatrix}-3\\0\\2\end{pmatrix}$
    Par conséquent
    $\begin{align*} AR&=\sqrt{0^2+3^2+2^2} \\
    &=\sqrt{13}\end{align*}$
    $\begin{align*} AT&=\sqrt{(-3)^2+0^2+2^2} \\
    &=\sqrt{13}\end{align*}$
    Ainsi $AR=AT$. Le triangle $ART$ est isocèle en $A$.
    b. $\quad$
    $\begin{align*} \vect{AR}.\vect{AT}&=0\times -(-3)+3\times 0+2\times 2\\
    &=4\end{align*}$
    $\quad$
    c. On a également $\vect{AR}.\vect{AT}=AR\times AT\times \cos \widehat{RAT}$.
    Par conséquent
    $\begin{align*} \cos \widehat{RAT}&=\dfrac{\vect{AR}.\vect{AT}}{AR\times AT} \\
    &=\dfrac{4}{13} \end{align*}$
    Donc $\widehat{RAT}\approx 72,1$°
    $\quad$
  2. a. D’une part
    $\begin{align*} \vec{n}.\vect{AR}&=2\times 0+(-2)\times 3+3\times 2\\
    &=0\end{align*}$
    D’autre part
    $\begin{align*} \vec{n}.\vect{AT}&=2\times (-3)+(-2)\times 0+3\times 2\\
    &=0\end{align*}$
    Ainsi $\vec{n}$ est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires (l’angle $\widehat{RAT}$ n’est ni plat ni nul) du plan $(ART)$.
    $\vec{n}$ est donc un vecteur normal au plan $(ART)$.
    $\quad$
    b. Une équation du plan $(ART)$ est par conséquent de la forme $2x-2y+3z+d=0$.
    Or $A(6;0;2)$ appartient à ce plan.
    Donc $12-0+6+d=0 \ssi d=-18$
    Une équation cartésienne du plan $(ART)$ est $2x-2y+3z-18=0$.
    $\quad$
  3. a. $\vec{n}\begin{pmatrix}2\\-2\\3\end{pmatrix}$ est un vecteur directeur de la droite $\Delta$ et le point $S\left(3;\dfrac{5}{2};0\right)$ appartient à cette droite.
    Une représentation paramétrique de la droite $\Delta$ est bien $\begin{cases} x=3+2k\\y=\dfrac{5}{2}-2k\\z=3k\end{cases} \quad k\in \R$.
    $\quad$
    b. Prenons $k=1$ dans la représentation paramétrique précédente. Le point de coordonnées $\left(5;\dfrac{1}{2};3\right)$ appartient à la droite $\Delta$.
    $2\times 5-2\times \dfrac{1}{2}+3\times 3-18=10-1+9-18=0$. Le point de coordonnées $\left(5;\dfrac{1}{2};3\right)$ appartient au plan $(ART)$.
    Ainsi $L$ a pour coordonnées $\left(5;\dfrac{1}{2};3\right)$.
    $\quad$
  4. a. On a $D(0,8,0)$ et $K(0;4;4)$ donc $\vect{DK}\begin{pmatrix}0\\-4\\4\end{pmatrix}$ et $\vect{DN}\begin{pmatrix} 0\\-4t\\4t\end{pmatrix}$
    Par conséquent $\vect{DN}=t\vect{DK}$.
    Les points $D$, $N$ et $K$ sont alignés.
    $T\in[0;1]$ donc $N$ appartient au segment $[DK]$.
    $\quad$
    b. On a $\vect{SL}\begin{pmatrix}2\\-2\\3\end{pmatrix}$ et $\vect{SN}\begin{pmatrix} -3\\\dfrac{11}{2}-4t\\4t\end{pmatrix}$.$\begin{align*} &(SL) \text{ et }(SN)\text{ sont perpendiculaires}\\
    &\ssi\vect{SL}.\vect{SN}=0 \\
    &\ssi 2\times (-3)+(-2)\times  \left(\dfrac{11}{2}-4t\right)+3\times 4t=0 \\
    &\ssi -6-11+8t+12t=0 \\
    &\ssi 20t=17 \\
    &\ssi t=0,85\end{align*}$
    Le point $N$ doit donc avoir pour coordonnées $(0;4,6;3,4)$ pour que les deux rayons lasers soient perpendiculaires.
    $\quad$

 

Ex 4

Exercice 4

  1. $\quad$
    $\begin{align*}a&=\ln(9)+\ln\left(\dfrac{\sqrt{3}}{3}\right)+\ln\left(\dfrac{1}{9}\right) \\
    &=\ln(9)+\ln\left(\sqrt{3}\right)-\ln(3)-\ln(9)\\
    &=\dfrac{1}{2}\ln(3)-\ln(3) \\
    &=-\dfrac{1}{2}\ln(3)\end{align*}$
    Réponse d
    $\quad$
  2. $x-10>0\ssi x>10$ : l’équation est définie sur $]10;+\infty[$
    Sur $]10;+\infty[$
    $\begin{align*} &\ln(x)+\ln(x-10)=\ln(3)+\ln(7) \\
    &\ssi \ln\left(x(x-10)\right)=\ln(21) \\
    &\ssi x(x-10)=21 \\
    &\ssi x^2-10x-21=0\end{align*}$
    Le discriminant de $x^2-10x-21$ est $\Delta=184>0$.
    Les racines de ce polynômes sont $x_1=\dfrac{10-\sqrt{184}}{2}<0$ et $x_2=\dfrac{10+\sqrt{184}}{2}>10$
    Donc l’unique solution de $(E)$ est $\dfrac{10+\sqrt{184}}{2}$.
    Réponse c
    $\quad$
  3. La fonction $f$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables.
    Pour tout réel $x\in ]0;+\infty[$,
    $\begin{align*} f'(x)&=2x\left(-1+\ln(x)\right)+x^2\times \dfrac{1}{x} \\
    &=-2x+2x\ln(x)+x \\
    &=x\left(2\ln(x)-1\right)\end{align*}$
    $\ln\left(\sqrt{e}\right)=\dfrac{1}{2}$
    Par conséquent $f’\left(\sqrt{e}\right)=0$
    Réponse c
    $\quad$
  4. On répète $5$ fois de façon indépendante la même expérience de Bernoulli. On appelle $X$ la variable aléatoire qui compte le nombre de jetons jaunes tirés.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=5$ et $p=\dfrac{2}{5}$
    Ainsi
    $\begin{align*} P(X=2)&=\dbinom{5}{2}\left(\dfrac{2}{5}\right)^2\left(\dfrac{3}{5}\right)^3\\
    &\approx 0,346\end{align*}$
    Réponse b
    $\quad$
  5. On reprend la variable aléatoire $X$ définie à la question précédente.
    $\begin{align*} P(X\pg 1)&=1-P(X=0) \\
    &=1-\left(\dfrac{3}{5}\right)^5\\
    &\approx 0,922\end{align*}$
    Réponse d
    $\quad$
  6. On reprend la variable aléatoire $X$ définie à la question 4..
    Son espérance mathématiques est :
    $\begin{align*} E(X)&=np\\
    &=5\times \dfrac{2}{5} \\
    &=2\end{align*}$
    Réponse c
    $\quad$

Énoncé

Exercice 1     7 points

Thème : probabilités, suites

Dans une région touristique, une société propose un service de location de vélos pour la journée.
La société dispose de deux points de location distinctes, le point A et le point B. Les vélos peuvent être empruntés et restitués indifféremment dans l’un où l’autre des deux points de location.
On admettra que le nombre total de vélos est constant et que tous les matins, à l’ouverture du service, chaque vélo se trouve au point A ou au point B.

D’après une étude statistique :

  • Si un vélo se trouve au point A un matin, la probabilité qu’il se trouve au point A le matin suivant est égale à $0,84$;
  • Si un vélo se trouve au point B un matin la probabilité qu’il se trouve au point B le matin suivant est égale à $0,76$.

À l’ouverture du service le premier matin, la société a disposé la moitié de ses vélos au point A, l’autre moitié au point B.

On considère un vélo de la société pris au hasard.

Pour tout entier naturel non nul n, on définit les évènements suivants :

  • $A_n$ : « le vélo se trouve au point A le $n$-ième matin »
  • $B_n$ : « le vélo se trouve au point B le $n$-ième matin ».

Pour tout entier naturel non nul $n$, on note $a_n$ la probabilité de l’évènement $A_n$ et $b_n$ la probabilité de l’évènement $B_n$. Ainsi $a_1 = 0,5$ et $b_1 = 0,5$.

  1. Recopier et compléter l’arbre pondéré ci-dessous qui modélise la situation pour les deux premiers matins :$\quad$
  2. a. Calculer $a_2$.
    $\quad$
    b. Le vélo se trouve au point A le deuxième matin. Calculer la probabilité qu’il se soit trouvé au point B le premier matin. La probabilité sera arrondie au millième.
    $\quad$
  3. a. Recopier et compléter l’arbre pondéré ci-dessous qui modélise la situation pour les $n$-ième et $n +1$-ième matins.
    $\quad$
    b. Justifier que pour tout entier naturel non nul $n$, $a_{n+1} = 0,6a_n +0,24$.
    $\quad$
  4. Montrer par récurrence que, pour tout entier naturel non nul $n$, $a_n = 0,6−0,1×0,6^{n−1}$.
    $\quad$
  5. Déterminer la limite de la suite $\left(a_n\right)$ et interpréter cette limite dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
  6. Déterminer le plus petit entier naturel $n$ tel que $a_n > 0,599$ et interpréter le résultat obtenu dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Thème : fonctions, fonction exponentielle

Partie A

Soit p la fonction définie sur l’intervalle $[-3 ; 4]$ par : $$p(x)=x^3-3x^2+5x+1$$

  1. Déterminer les variations de la fonction $p$ sur l’intervalle $[-3 ; 4]$.
    $\quad$
  2. Justifier que l’équation $p(x) = 0$ admet dans l’intervalle $[-3 ; 4]$ une unique solution qui sera notée $\alpha$.
    $\quad$
  3. Déterminer une valeur approchée du réel $\alpha$ au dixième près.
    $\quad$
  4. Donner le tableau de signes de la fonction $p$ sur l’intervalle $[-3 ; 4]$.
    $\quad$

Partie B

Soit $f$ la fonction définie sur l’intervalle $[-3 ; 4]$ par :$$f(x)=\dfrac{\e^x}{1+x^2}$$
On note $\mathscr{C}_f$ sa courbe représentative dans un repère orthogonal.

  1. a. Déterminer la dérivée de la fonction $f$ sur l’intervalle $[-3 ; 4]$.
    $\quad$
    b. Justifier que la courbe $\mathscr{C}_f$ admet une tangente horizontale au point d’abscisse $1$.
    $\quad$
  2. Les concepteurs d’un toboggan utilisent la courbe $\mathscr{C}_f$ comme profil d’un toboggan. Ils estiment que le toboggan assure de bonnes sensations si le profil possède au moins deux points d’inflexion.
    $\quad$
    a. D’après le graphique ci-dessus, le toboggan semble-t-il assurer de bonnes sensations ?
    Argumenter.
    b. On admet que la fonction $f\dsec$, dérivée seconde de la fonction $f$ , a pour expression pour tout réel $x$ de l’intervalle $[-3 ; 4]$ :
    $$f\dsec(x)=\dfrac{p(x)(1-x)\e^x}{\left(1+x^2\right)^3}$$
    où $p$ est la fonction définie dans la partie A.
    En utilisant l’expression précédente de $f\dsec$, répondre à la question : « le toboggan assure-t-il de bonnes sensations ? ». Justifier.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : géométrie dans l’espace

Une exposition d’art contemporain a lieu dans une salle en forme de pavé droit de largeur $6$ m, de longueur $8$ m et de hauteur $4$ m.
Elle est représentée par le parallélépipède rectangle $OBCDEFGH$ où $OB = 6$ m, $OD = 8$ m et $OE = 4$ m.
On utilise le repère orthonormé $\Oijk$ tel que $\vec{i}=\dfrac{1}{6}\vect{OB}$, $\vec{j}=\dfrac{1}{8}\vect{OD}$ et $\vec{k}=\dfrac{1}{4}\vect{OE}$.

 

Dans ce repère on a, en particulier $C(6; 8; 0)$, $F(6; 0; 4)$ et $G(6; 8; 4)$.
Une des œuvres exposées est un triangle de verre représenté par le triangle $ART$ qui a pour sommets $A(6; 0; 2)$, $R(6; 3; 4)$ et $T(3; 0; 4)$, Enfin, $S$ est le point de coordonnées $\left(3;\dfrac{5}{2};0\right)$.

  1. a. Vérifier que le triangle $ART$ est isocèle en $A$.
    $\quad$
    b. Calculer le produit scalaire $\vect{AR}.\vect{AT}$.
    $\quad$
    c. En déduire une valeur approchée à $0,1$ degré près de l’angle $\widehat{RAT}$.
    $\quad$
  2. a. Justifier que le vecteur $\vec{n}\begin{pmatrix}2\\-2\\3\end{pmatrix}$ est un vecteur normal au plan $(ART)$.
    $\quad$
    b. En déduire une équation cartésienne du plan $(ART)$.
    $\quad$
  3. Un rayon laser dirigé vers le triangle $ART$ est émis du plancher à partir du point $S$. On admet que ce rayon est orthogonal au plan $(ART)$.
    a. Soit $\Delta$ la droite orthogonale au plan $(ART)$ et passant par le point $S$.
    Justifier que le système ci-dessous est une représentation paramétrique de la droite $\Delta$ : $$\begin{cases} x=3+2k\\[3pt]y=\dfrac{5}{2}-2k\\[3pt]z=3k\end{cases} \quad, \text{avec } k\in \R$$
    $\quad$
    b. Soit $L$ le point d’intersection de la droite $\Delta$, avec le plan $(ART)$.
    Démontrer que $L$ a pour coordonnées $\left(5;\dfrac{1}{2};3\right)$.
    $\quad$
  4. L’artiste installe un rail représenté par le segment $[DK]$ ou $K$ est le milieu du segment $[EH]$.
    Sur ce rail, il positionne une source lumineuse laser en un point $N$ du segment $[DK]$ et il oriente ce second rayon laser vers le point $S$.
    $\quad$a. Montrer que, pour tout réel $t$ de l’intervalle $[0; 1]$, le point $N$ de coordonnées $(0 ; 8−4t ; 4t)$ est un point du segment $[DK]$.
    $\quad$
    b. Calculer les coordonnées exactes du point $N$ tel que les deux rayons laser représentés par les segments $[SL]$ et $[SN]$ soient perpendiculaires.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points

Thème : : fonction logarithme népérien, probabilités

Cet exercice est un questionnaire à choix multiples (QCM) qui comprend six questions. Les six questions sont indépendantes. Pour chacune des questions, une seule des quatre réponses est exacte. Le candidat indiquera sur sa copie le numéro de la question suivi de la lettre correspondant à la réponse exacte.
Aucune justification n’est demandée.
Une réponse fausse, une réponse multiple ou une absence de réponse ne rapporte ni n’enlève aucun point.

Question 1

Le réel $a$ est définie par $a = \ln(9)+\ln\left(\dfrac{\sqrt{3}}{3}\right)+\ln\left(\dfrac{1}{9}\right)$ est égal à :
a. $1-\dfrac{1}{2}\ln(3)$
b. $\dfrac{1}{2}\ln(3)$
c. $3\ln(3)-\dfrac{1}{2}$
d. $-\dfrac{1}{2}\ln(3)$
$\quad$

Question 2

On note $(E)$ l’équation suivante $\ln(x) +\ln(x −10) = ln (3)+ln (7)$ d’inconnue le réel $x$.
a. $3$ est solution de $(E)$.
b. $5-\sqrt{46}$ est solution de $(E)$.
c. L’équation $(E)$ admet une unique solution réelle.
d. L’équation $(E)$ admet deux solutions réelles.
$\quad$

Question 3

La fonction $f$ est définie sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ par l’expression $f(x)=x^2\left(-1+\ln(x)\right)$.
On note $\mathscr{C}_f$ sa courbe représentative dans le plan muni d’un repère.
a. Pour tout réel $x$ de l’intervalle $]0 ; +\infty[$, $f'(x)=2x+\dfrac{1}{x}$.
b. La fonction $f$ est croissante sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
c. $f’\left(\sqrt{\e}\right)$ est différent de $0$.
d. La droite d’équation $y=-\dfrac{1}{2}\e$ est tangente à la courbe $\mathscr{C}_f$ au point d’abscisse $\sqrt{\e}$.
$\quad$

Question 4

Un sac contient $20$ jetons jaunes et $30$ jetons bleus. On tire successivement et avec remise $5$ jetons du sac.
La probabilité de tirer exactement $2$ jetons jaunes, arrondie au millième, est :
a. $0,683$
b. $0,346$
c. $0,230$
d. $0,165$
$\quad$

Question 5

Un sac contient $20$ jetons jaunes et $30$ jetons bleus. On tire successivement et avec remise $5$ jetons du sac.
La probabilité de tirer au moins un jeton jaune, arrondie au millième, est :
a. $0,078$
b. $0,259$
c. $0,337$
d. $0,922$
$\quad$

Question 6

Un sac contient $20$ jetons jaunes et $30$ jetons bleus.
On réalise l’expérience aléatoire suivante : on tire successivement et avec remise cinq jetons du sac.
On note le nombre de jetons jaunes obtenus après ces cinq tirages.
Si on répète cette expérience aléatoire un très grand nombre de fois alors, en moyenne, le nombre de jetons jaunes est égal à:
a. $0,4$
b. $1,2$
c. $2$
d. $2,5$
$\quad$

$\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Centres étrangers – sujet 2 – 19 mai 2022

Centres étrangers – Liban – 19 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 2- Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. On obtient donc l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$
    $\quad$
  2. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(F\cap C)&=P(F)\times P_F(C) \\
    &=0,48\times 0,165 \\
    &=0,079~2\end{align*}$
    La probabilité que la personne choisie soit une femme qui exerce une profession de cadre est égale à $0,079~2$.
    $\quad$
  3. a. $\left(F,\conj{F}\right)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales on a
    $\begin{align*} P(C)&=P(C\cap F)+P\left(C\cap\conj{F}\right) \\
    &=0,079~2+P\left(\conj{F}\right)\times P_{\conj{F}}(C) \\
    &=0,079~2+0,52\times 0,215 \\
    &=0,191\end{align*}$
    La probabilité que la personne choisie exerce une profession de cadre est égale à $0,191$.
    $\quad$
    b. D’une part $P(C)\times P(F)=0,091~68$
    D’autre part $P(C \cap F)=0,079~2$
    Donc $P(C)\times P(F)\neq P(C\cap F)$.
    Les événements $F$ et $C$ ne sont pas indépendants.
    $\quad$
  4. On a
    $\begin{align*} P_C(F)&=\dfrac{P(C\cap F)}{P(C)} \\
    &=\dfrac{0,079~2}{0,191} \\
    &\approx 0,414~7\end{align*}$.
    La probabilité que la personne choisie soit une femme sachant qu’elle exerce une profession de cadre est environ égale à $0,414~7$.
    $\quad$
  5. a. On répète $15$ fois de façon indépendante la même expérience de Bernoulli. $X$ compte le nombre de cadres au sein de l’échantillon de $15$ salariés.
    Par conséquent $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=15$ et $p=0,191$.
    $\quad$
    b. On veut calculer
    $\begin{align*} P(X\pp 1)&=P(X=0)+P(X=1) \\
    &=(1-0,191)^{15}+\dbinom{15}{1}0,191\times (1-0,191)^{14} \\
    &\approx 0,189~0\end{align*}$
    La probabilité que l’échantillon contienne au plus $1$ cadre est environ égale à $0,189~0$.
    $\quad$
    c. L’espérance mathématique de la variable aléatoire $X$ est :
    $\begin{align*} E(X)&=np\\
    &=15\times 0,191 \\
    &=2,865\end{align*}$
    $\quad$
  6. On répète $n$ fois de façon indépendante la même expérience de Bernoulli. On appelle $Y$ la variable aléatoire qui compte le nombre de cadres au sein de l’échantillon de $n$ salariés.
    Par conséquent $Y$ suit la loi binomiale de paramètres $n$ et $p=0,191$.
    $\begin{align*} P(Y\pg 1)\pg 0,99 &\ssi 1-P(X=0)\pg 0,199 \\
    &\ssi P(X=0)\pp 0,01 \\
    &\ssi 0,808^n \pp 0,01\\
    &\ssi n\ln(0,808) \pp \ln(0,01) \\
    &\ssi n\pg \dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,808)} \end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,808)} \approx 21,6$.
    Il faut donc que l’échantillon contienne au moins $22$ salariés pour la probabilité qu’il y ait au moins un cadre au sein de l’échantillon soit supérieure ou égale à $0,99$.
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

  1. a. $[AH]$ et $[ED]$ sont les diagonales du carré $ADHE$.
    Les droites $(AH)$ et $(ED)$ sont par conséquent perpendiculaires.
    $\quad$
    b. $EFGH$ est un carré donc $(EH)$ et $(HG)$ sont perpendiculaires.
    $CDHG$ est un carré donc $(GH)$ et $(DH)$ sont perpendiculaires.
    Ainsi, $(HG)$ est perpendiculaire à deux droites sécantes du plan $(EDH)$.
    Par conséquent, la droite $(GH)$ est orthogonale au plan $(EDH)$.
    $\quad$
    c. La droite $(ED)$ est incluse dans le plan $(EDH)$. D’après la question précédente, les droites $(GH)$ et $(ED)$ sont orthogonales.
    D’après la question 1.a. les droites $(AH)$ et $(ED)$ sont perpendiculaires.
    La droite $(ED)$ est donc orthogonale à deux droites sécantes (le point $A$ n’appartient pas à la droite $(GH)$) du plan $(AGH)$.
    La droite $(ED)$ est orthogonale au plan $(AGH)$.
    $\quad$
  2. Dans le repère fourni on a $E(0;0;1)$ et $D(0;1;0)$.
    Par conséquent $\vect{ED}\begin{pmatrix}0\\1\\-1\end{pmatrix}$.
    $\quad$
    $\vect{ED}$ est un vecteur normal au plan $(AGH)$ d’après la question précédente.
    Une équation cartésienne du plan $(AGH)$ est donc de la forme $y-z+d=0$.
    Or $A(0;0;0)$ appartient à ce plan. Ainsi $d=0$.
    Une équation cartésienne du plan $(AGH)$ est $y-z=0$.
    $\quad$
  3. a. On a $\vect{EL}\begin{pmatrix} \dfrac{2}{3}\\[3pt]1\\-1\end{pmatrix}$.
    Une représentation paramétrique de la droite $(EL)$ est $\begin{cases} x=\dfrac{2}{3}+\dfrac{2}{3}t\\[3pt]y=1+t\\z=-t\end{cases} \qquad t\in \R$.
    $\quad$
    b. On résout le système
    $\begin{align*} \begin{cases} x=\dfrac{2}{3}+\dfrac{2}{3}t\\[3pt]y=1+t\\z=-t\\y-z=0 \end{cases} &\ssi \begin{cases} x=\dfrac{2}{3}+\dfrac{2}{3}t\\[3pt]y=1+t\\z=-t\\ 1+t+t=0\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases}t=-\dfrac{1}{2}\\ x=\dfrac{1}{3}t\\[3pt]y=\dfrac{1}{2}\\[3pt]z=\dfrac{1}{2}\end{cases}\end{align*}$
    Le point d’intersection de la droite $(EL)$ et du plan $(AGH)$ a donc pour coordonnées $\left(\dfrac{1}{3};\dfrac{1}{2};\dfrac{1}{2}\right)$.
    $\quad$
    c. $\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{2}=0$ : le point $K$ de coordonnées $\left(\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{2};\dfrac{1}{2}\right)$ appartient au plan $(AGH)$.
    $\vect{KL}\begin{pmatrix}0\\-\dfrac{1}{2}\\[3pt]\dfrac{1}{2}\end{pmatrix}$.
    Par conséquent $\vect{KL}=-\dfrac{1}{2}\vect{ED}$.
    Ainsi $\vect{KL}$ est un vecteur normal au plan $(AGH)$.
    Donc $K\left(\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{2};\dfrac{1}{2}\right)$ est le projeté orthogonal du point $L$ sur le plan $(AGH)$.
    $\quad$
    d. On a
    $\begin{align*} KL&=\sqrt{0^2+\left(-\dfrac{1}{2}\right)^2+\left(\dfrac{1}{2}\right)^2} \\
    &=\sqrt{\dfrac{1}{2}} \\
    &=\dfrac{\sqrt{2}}{2}\end{align*}$.
    La distance du point $L$ ai plan $(AGH)$ est donc $h=\dfrac{\sqrt{2}}{2}$.
    $\quad$
    e. On applique le théorème de Pythagore dans le triangle $AHD$ rectangle en $D$.
    Donc $AH^2=AD^2+HD^2$ ainsi $AH^2=2$ et $AH=\sqrt{2}$
    $(HG)$ est orthogonale au plan $(EDH)$ d’après la question 1.b.
    La droite $(AH)$ est incluse dans le plan $(EDH)$.
    Par conséquent les droites $(AH)$ et $(HG)$ sont perpendiculaires et le triangle $AHG$ est rectangle en $H$.
    L’aire du triangle $AHG$ est donc
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{AH\times HG}{2} \\
    &=\dfrac{\sqrt{2}\times 1}{2}\\
    &=\dfrac{\sqrt{2}}{2}\end{align*}$
    Le volume du tétraèdre $LAGH$ est alors
    $\begin{align*} V&=\dfrac{1}{3}\times \mathscr{A}\times h \\
    &=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{\sqrt{2}}{2}\times \dfrac{\sqrt{2}}{2} \\
    &=\dfrac{1}{6}\end{align*}$.

Ex 3

Exercice 3

  1. La fonction $g$ est deux fois dérivables sur $\R$ en tant que somme de fonctions deux fois dérivables.
    Pour tout réel $x$ on a $g'(x)=1~000x^{999}+1$ et $g\dsec(x)=999~000x^{998}$
    $998$ est pair donc, pour tout réel $x$ $g\dsec(x)\pg 0$.
    La fonction $g$ est convexe sur $\R$
    Réponse b
    $\quad$
  2. D’après le graphique, $f'(0)=1$.
    Une équation de la droite $T$ est donc de la forme $y=x+b$.
    $T$ est par conséquent parallèle à la droite d’équation $y=x$.
    Réponse a
    $\quad$
  3. Pour tout entier naturel $n$ on a $-1\pp (-1)^n \pp 1$.
    Donc $-\dfrac{-1}{1+n}\pp u_n \pp \dfrac{1}{n+1}$
    Or pour tout entier naturel $n$ on a $-1 \pp -\dfrac{1}{1+n}$ et $\dfrac{1}{1+n}\pp 1$.
    Ainsi $-1\pp u_n \pp 1$.
    Réponse c
    $\quad$
  4. Pour tout entier naturel $n$ on a $v_n\times v_{n+1}<0$.
    Cela signifie donc que deux termes consécutifs de la suite $\left(v_n\right)$ sont toujours de signes contraires.
    Ainsi, tous les termes de rang pair sont du même signe.
    Par conséquent $v_{10}$ est du même signe que $v_0$
    Réponse c
    $\quad$
  5. On a $8=2w_1-4 \ssi 12=2w_1 \ssi w_1=6$
    $6=2w_0-4 \ssi 2w_0=10\ssi w_0=5$.
    Réponse 5
    $\quad$
  6. Pour tout entier naturel $n$ on pose $P(n):~a_n>0$
    Initialisation : $a_0=1>0$ donc $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $a_n>0$ et $\e^n>0$ donc $\dfrac{\e^n}{\e^n+1}a_n>0$.
    Ainsi $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Donc, pour tout entier naturel $n$, on a $a_n>0$.
    $\quad$
    Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} a_{n+1}-a_n&=\dfrac{\e^n}{\e^n+1}a_n-a_n \\
    &=\left(\dfrac{\e^n}{\e^n+1}-1\right)a_n \\
    &=-\dfrac{1}{\e^n+1}a_n\\
    &<0\end{align*}$
    La suite $\left(a_n\right)$ est donc strictement décroissante.
    Réponse b
    $\quad$
    Remarque : Puisqu’il s’agit d’une question d’un QCM, l’utilisation de la calculatrice est à privilégiée ici pour avoir une idée du comportement de la suite.
    $\quad$
  7. On appelle $u_n$ le nombre de cellules à la $n$-ième génération.
    Ainsi, pour tout entier naturel $n$ on a $u_n=2^n$.
    Au bout de $4$ heures il y a environ $4~000$ cellules. Or $u_{11}=2~048$ et $u_{12}=4~096$.
    Il a donc fallu $4$ heures pour obtenir à la $12$-ième génération.
    $\dfrac{4\times 60}{12}=20$.
    Le temps de génération est donc environ égal à $20$ minutes.
    Réponse c
    $\quad$

 

Ex 4

Exercice 4

Partie A

  1. On a $\lim\limits_{x\to 0^+} \e^x=1$ et $\lim\limits_{x\to 0^+} \ln(x)=-\infty$.
    Ainsi $\lim\limits_{x\to 0^+} f(x)=-\infty$.
    $\quad$
  2. Pour tout réel $x\in ]0;1]$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=-\e^{-x}+\dfrac{1}{x} \\
    &=\dfrac{-x\e^{-x}+1}{x} \\
    &=\dfrac{1-x\e^{-x}}{x}\end{align*}$
    $\quad$
  3. La fonction exponentielle est convexe sur $\R$. Sa courbe représentative est donc au-dessus de toutes ses tangentes.
    On a $\e^0=1$. Une équation de la tangente à la courbe au point d’abscisse $0$ est par conséquent $y=x+1$.
    Ainsi, pour tout réel $x\in $\e^x\pg x+1>x$ soit $1\pg x\e^{-x}$.
    Donc pour tout réel $x\in $]0;1]$ on a $x\e^x<1$.
    Remarque : On pouvait également déterminer le tableau de variations de la fonction $g$ définie sur $]0;1]$ par $g(x)=x\e^{-x}$.
    $\quad$
    Ainsi sur $]0;1]$, $1-x\e^{-x}>0$
    Par conséquent $f'(x)>0$.
    On obtient alors le tableau de variations suivant :
    $\quad$

    $\quad$
  4. La fonction $f$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $]0;1]$.
    $\lim\limits_{x\to 0^+} f(x)=-\infty$ et $f(1)=\e^{-1}>0$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires), l’équation $f(x)=0$ admet une unique solution $\ell$ sur $]0;1]$.
    $\quad$

Partie B

  1. a. On a $a_1=\e^{-1}\approx 0,37$ et $b_1=\e^{-1/10}\approx 0,90$.
    $\quad$
    b. On peut écrire
    $\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{de termes(n):}\\
    \quad \text{a = 1 / 10} \\
    \quad \text{b = 1} \\
    \quad \text{for k in range(0,n):}\\
    \qquad \text{c = exp(b)}\\
    \qquad \text{b = exp(a)}\\
    \qquad \text{a = c}\\
    \quad \text{return(a,b)}\\
    \hline
    \end{array}$
    Remarque : On suppose donc que la bibliothèque $\texttt{math}$ a été importée (ou au moins la fonction $\texttt{exp}$) pour que la fonction ne comporte pas d’erreur.
    $\quad$
  2. a. Pour tout $n\in \N$ on pose $P(n):~0<a_n\pp a_{n+1}\pp b_{n+1}\pp b_n\pp 1$
    Initialisation : On a $a_0=0,1$, $a_1 \approx 0,37$, $b_1\approx 0,90$ et $b_0=1$ donc $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $0<a_n\pp a_{n+1}\pp b_{n+1}\pp b_n\pp 1$
    La fonction $x\mapsto \e^{-x}$ est décroissante sur $\R$.
    Par conséquent $\e^{0}>\e^{-a_n}\pg \e^{-a_{n+1}}\pg \e^{-b_{n+1}}\pg \e^{-b_n}\pg \e^{-1}$
    Soit $1>b_{n+1}\pg b_{n+2}\pg a_{n+2}\pg a_{n+1}\pg \e^{-1}>0$.
    Donc $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Ainsi, pour tout entier naturel $n$ on a $0<a_n\pp a_{n+1}\pp b_{n+1} \pp b_n \pp 1$.
    $\quad$
    b. La suite $\left(a_n\right)$ est croissante et majorée par $1$ : elle converge donc.
    La suite $\left(b_n\right)$ est décroissante et minorée par $0$ : elle converge donc.
    $\quad$
  3. a. On a $A=\e^{-B}$  par conséquent $\ln(A)=-B$ et $B=-\ln(A)$.
    Or $B=\e^{-A}$ donc $-\ln(A)=\e^{-A}$ soit $\e^{-A}+\ln(A)=0$.
    Par conséquent $f(A)=0$.
    $\quad$
    b. D’après la question précédente et la question A.4. $A=\ell$.
    On a $B=\e^{-A}$ donc $A=-\ln(B)$
    Or $A=\e^{-B}$ soit $-\ln(B)=\e^{-B}$ et donc $f(B)=0$.
    On a ainsi également $B=\ell$.
    Donc $A-B=0$.
    Remarque : On dit que les suite $\left(a_n\right)$ et $\left(b_n\right)$ sont adjacentes.
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Thème : probabilités

Les résultats seront arrondis si besoin à $10^{-4}$ près.
Une étude statistique réalisée dans une entreprise fournit les informations suivantes :

  • $48 \%$ des salariés sont des femmes. Parmi elles, $16,5 \%$ exercent une profession de cadre ;
  • $52 \%$ des salariés sont des hommes. Parmi eux, $21,5 \%$ exercent une profession de cadre.

On choisit une personne au hasard parmi les salariés.
On considère les événements suivants :

  • $F$ : « la personne choisie est une femme » ;
  • $C$ : « la personne choisie exerce une profession de cadre ».
  1. Représenter la situation par un arbre pondéré.
    $\quad$
  2. Calculer la probabilité que la personne choisie soit une femme qui exerce une profession de cadre.
    $\quad$
  3. a. Démontrer que la probabilité que la personne choisie exerce une profession de cadre est égale à $0,191$.
    $\quad$
    b. Les événements $F$ et $C$ sont-ils indépendants ? Justifier.
    $\quad$
  4. Calculer la probabilité de $F$ sachant $C$, notée $P_C(F)$. Interpréter le résultat dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
  5. On choisit au hasard un échantillon de 15 salariés. Le grand nombre de salariés dans l’entreprise permet d’assimiler ce choix à un tirage avec remise.
    On note $X$ la variable aléatoire donnant le nombre de cadres au sein de l’échantillon de $15$ salariés.
    On rappelle que la probabilité qu’un salarié choisi au hasard soit un cadre est égale à $0,191$.
    a. Justifier que $X$ suit une loi binomiale dont on précisera les paramètres.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité que l’échantillon contienne au plus $1$ cadre.
    $\quad$
    c. Déterminer l’espérance de la variable aléatoire $X$.
    $\quad$
  6. Soit $n$ un entier naturel.
    On considère dans cette question un échantillon de $n$ salariés.
    Quelle doit être la valeur minimale de 𝑛𝑛 pour que la probabilité qu’il y ait au moins un cadre au sein de l’échantillon soit supérieure ou égale à $0,99$ ?
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Thème : géométrie dans l’espace

On considère le cube $ABCDEFGH$ de côté $1$ représenté ci-dessous.

 

On munit l’espace du repère orthonormé $\left(A;\vect{AB};\vect{AD};\vect{AE}\right)$.

  1. a. Justifier que les droites $(AH)$ et $(ED)$ sont perpendiculaires.
    $\quad$
    b. Justifier que la droite $(GH)$ est orthogonale au plan $(EDH)$.
    $\quad$
    c. En déduire que la droite $(ED)$ est orthogonale au plan $(AGH)$.
    $\quad$
  2. Donner les coordonnées du vecteur $\vect{ED}$.
    Déduire de la question 1.c. qu’une équation cartésienne du plan $(AGH)$ est :
    $$y-z=0$$
    $\quad$
  3. On désigne par $L$ le point de coordonnées $\left(\dfrac{2}{3};1;0\right)$
    a. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $(EL)$.
    $\quad$
    b. Déterminer l’intersection de la droite $(EL)$ et du plan $(AGH)$.
    $\quad$
    c. Démontrer que le projeté orthogonal du point $L$ sur le plan $(AGH)$ est le point $K$ de coordonnées $\left(\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{2};\dfrac{1}{2}\right)$.
    $\quad$
    d. Montrer que la distance du point $L$ au plan $(AGH)$ est égale à $\dfrac{\sqrt{2}}{2}$.
    $\quad$
    e. Déterminer le volume du tétraèdre $LAGH$.
    On rappelle que le volume $V$ d’un tétraèdre est donné par la formule :
    $$V=\dfrac{1}{3}\times (\text{aire de la base})\times \text{hauteur}$$
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : Fonctions, suites

Cet exercice est un questionnaire à choix multiples.
Pour chacune des questions suivantes, une seule des quatre réponses proposées est exacte.
Une réponse fausse, une réponse multiple ou l’absence de réponse à une question ne rapporte ni n’enlève de point.
Pour répondre, indiquer sur la copie le numéro de la question et la lettre de la
réponse choisie. Aucune justification n’est demandée.

  1. . Soit $g$ la fonction définie sur $\R$ par $g(x)=x^{1~000}+x$.
    On peut affirmer que :
    a. la fonction $g$ est concave sur $\R$.
    b. la fonction $g$ est convexe sur $\R$.
    c. la fonction $g$ possède exactement un point d’inflexion.
    d. la fonction $g$ possède exactement deux points d’inflexion.
    $\quad$
  2. On considère une fonction $f$ définie et dérivable sur $\R$. On note $f’$ sa fonction dérivée.
    On note $C$ la courbe représentative de $f$.
    On note $\Gamma$ la courbe représentative de $f’$.
    On a tracé ci-dessous la courbe $\boldsymbol{\Gamma}$ .

    On note $T$ la tangente à la courbe $\boldsymbol{C}$ au point d’abscisse $0$.
    On peut affirmer que la tangente $T$ est parallèle à la droite d’équation :
    a. $y=x$
    b. $y=0$
    c. $y=1$
    d. $x=0$
    $\quad$

  3. On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par $u_n=\dfrac{(-1)^n}{n+1}$.
    On peut affirmer que la suite $\left(u_n\right)$ est :
    a. majorée et non minorée.
    b. minorée et non majorée.
    c. bornée.
    d. non majorée et non minorée.
    $\quad$
  4. Soit $k$ un nombre réel non nul.
    Soit $\left(v_n\right)$ une suite définie pour tout entier naturel $n$.
    On suppose que $v_0=k$ et que pour tout $n$, on a $v_n\times v_{n+1}<0$.
    On peut affirmer que $v_{10}$ est :
    a. positif.
    b. négatif.
    c. du signe de $k$.
    d. du signe de $-k$.
    $\quad$
  5. On considère la suite $\left(w_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par :
    $$w_{n+1}=2w_n-4\text{ et } w_2=8$$
    On peut affirmer que :
    a. $w_0=0$.
    b. $w_0=5$.
    c. $w_0=10$.
    d. Il n’est pas possible de calculer $w_0$.
    $\quad$
  6. On considère la suite $\left(a_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par : $$a_{n+1}=\dfrac{\e^n}{\e^n+1}a_n \text{ et } a_0=1$$
    On peut affirmer que :
    a. la suite $\left(a_n\right)$ est strictement croissante.
    b. la suite $\left(a_n\right)$ est strictement décroissante.
    c. la suite $\left(a_n\right)$ n’est pas monotone.
    d. la suite $\left(a_n\right)$ est constante.
    $\quad$
  7. Une cellule se reproduit en se divisant en deux cellules identiques, qui se
    divisent à leur tour, et ainsi de suite. On appelle temps de génération le temps nécessaire pour qu’une cellule donnée se divise en deux cellules. On a mis en culture $1$ cellule. Au bout de $4$ heures, il y a environ $4~000$ cellules.
    On peut affirmer que le temps de génération est environ égal à :
    a. moins d’une minute.
    b. $12$ minutes.
    c. $20$ minutes.
    d. $1$ heure.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4

Thème : Fonctions, fonction exponentielle, fonction logarithme, suites

Partie A

On considère la fonction $f$ définie pour tout réel $x$ de $]0 ; 1]$ par :$$f(x)=\e^{-x}+\ln(x)$$

  1. Calculer la limite de $f$ en $0$.
    $\quad$
  2. On admet que $f$ est dérivable sur $]0 ; 1]$. On note $f’$ sa fonction dérivée.
    Démontrer que, pour tout réel $x$ appartenant à $]0 ; 1]$, on a :
    $$f'(x)=\dfrac{1-x\e^{-x}}{x}$$
    $\quad$
  3. Justifier que, pour tout réel $x$ appartenant à $]0 ; 1]$, on a $x\e^{-x}<1$.
    En déduire le tableau de variation de $f$ sur $]0 ; 1]$.
    $\quad$
  4. Démontrer qu’il existe un unique réel $\ell$ appartenant à $]0 ; 1]$ tel que $f(\ell)=0$.
    $\quad$

Partie B

  1. On définit deux suites $\left(a_n\right)$ et $\left(b_n\right)$ par :
    $$\begin{cases} a_0=\dfrac{1}{10}\\[3pt]b_0=1\end{cases} \text{ et, pour tout entier naturel }n,~\begin{cases} a_{n+1}=\e^{-b_n}\\[3pt]b_{n+1}=\e^{-a_n}\end{cases}$$
    a. Calculer $a_1$ et $b_1$. On donnera des valeurs approchées à $10^{-2}$ près.
    $\quad$
    b. On considère ci-dessous la fonction termes, écrite en langage Python.
    $\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def termes(n):}\\
    \quad\text{a = 1/10}\\
    \quad\text{b = 1}\\
    \quad\text{for k in range(0,n):}\\
    \qquad\text{c = …}\\
    \qquad\text{b = …}\\
    \qquad\text{a = c}\\
    \quad\text{return(a,b)}\\
    \hline
    \end{array}$
    Recopier et compléter sans justifier le cadre ci-dessus de telle sorte que la
    fonction termes calcule les termes des suites $\left(a_n\right)$ et $\left(b_n\right)$.
    $\quad$
  2. On rappelle que la fonction $x\mapsto \e^{-x}$ est décroissante sur $\R$.
    a. Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a : $$0<a_n\pp a_{n+1}\pp b_{n+1}\pp b_n\pp 1$$
    $\quad$
    b. En déduire que les suites $\left(a_n\right)$ et $\left(b_n\right)$ sont convergentes.
    $\quad$
  3. On note $A$ la limite de $\left(a_n\right)$ et $B$ la limite de $\left(b_n\right)$.
    On admet que $A$ et $B$ appartiennent à l’intervalle $]0 ; 1]$, et que $A = \e^{-B}$ et $B = \e^{-A}$.
    a. Démontrer que $f(A)=0$.
    $\quad$
    b. Déterminer $A-B$.
    $\quad$

$\quad$