Bac – Spécialité mathématiques – Polynésie – sujet 1 – 13 mars 2023

Polynésie – 13 mars 2023

Spécialité maths – Sujet 1 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

Partie A

  1. On veut calculer:
    $\begin{align*} p(J\cap T)&=p(J)p_J(T) \\
    &=0,21\times (1-0,68)\\
    &=0,067~2\end{align*}$
    La probabilité que la personne interrogée ait moins de 35 ans et utilise son vélo dans ses déplacements professionnels est égale à $0,067~2$.
    $\quad$
  2. $\left(J,\conj{J}\right)$ forme un système complet d’événements fini. D’après la formule des probabilités totales :
    $\begin{align*} p(T)&=p(J\cap T)+p\left(\conj{J}\cap T\right) \\
    &=0,067~2+p\left(\conj{J}\right)p_{\conj{J}}(T) \\
    &=0,067~2+(1-0,21)\times 0,2 \\
    &=0,225~2\end{align*}$
    $\quad$
  3. On veut calculer :
    $\begin{align*} p_T(J)&=\dfrac{p(T\cap J)}{p(T)} \\
    &=\dfrac{0,067~2}{0,225~2} \\
    &\approx 0,298\end{align*}$
    La probabilité que l’habitant qui utilise son vélo dans ses déplacements professionnels ait moins de $35$ ans est environ égale à $0,30$.
    $\quad$

Partie B

  1. On répète de façon indépendante $120$ fois la même expérience de Bernoulli de paramètre $0,3$.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=120$ et $p=0,3$.
    $\quad$
  2. On veut calculer $p(X\pg 50) 1- p(X\pp 49) \approx 0,004$.
    La probabilité qu’au moins $50$ utilisateurs de vélo parmi les $120$ aient moins de 35 ans est environ égale à $0,004$.
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

  1. a. $\vec{v}$ a pour coordonnées $\begin{pmatrix}2\\1\\0\end{pmatrix}$.
    $\quad$
    b. $\vec{u}$ et $\vec{v}$ ne sont pas colinéaires car aucune des composantes de $\vec{u}$ n’est nulle alors que la troisième de $\vec{v}$ l’est.
    Par conséquent $d_1$ et $d_2$ ne sont pas parallèles.
    $\quad$
    c. Une représentation paramétrique de la droite $d_1$ est $\begin{cases} x=2+t\\y=3-t\\z=t\end{cases} \quad \forall t\in \R$.
    Résolvons le système :
    $\begin{align*} &\ssi \begin{cases} x=2+t\\y=3-t\\z=t\\x=2k-3\\y=k\\z=5\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=2+t\\y=3-t\\z=t\\2+t=2k-3\\3-t=k\\t=5\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=2+t\\y=3-t\\z=t\\t=5\\7=2k-3\\k=-2\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=2+t\\y=3-t\\z=t\\t=5\\k=5\\k=-2\end{cases} \end{align*}$
    Les deux dernières lignes du système ne sont pas compatibles.
    Les droites $d_1$ et $d_2$ ne sont donc pas sécantes.
    $\quad$
    d. Les droites $d_1$ et $d_2$ ne sont ni sécantes, ni parallèles. Elles sont par conséquent non coplanaires.
    $\quad$
  2. a. D’une part $\vec{w}.\vec{u}=-1-2+3=0$
    D’autre part $\vec{w}.\vec{v}=-2+2+0=0$
    Le vecteur $\vec{w}$ est donc orthogonal aux vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{v}$.
    $\quad$
    b. Soit $M'(3;3;5)$.
    $5\times 3+4\times 3-5-22=15+12-5-22=0$. $M’$ appartient au plan $P$.
    Prenons $k=3$ dans la représentation paramétrique de $d_2$.
    On obtient $x=6-3=3$, $y=3$ et $z=5$. $M’$ appartient à $d_2$.
    Les droite $d_1$ et $d_2$ ne sont pas coplanaires. Par conséquent la droite $d_2$ n’est pas incluse dans le plan $P$.
    Ainsi l’intersection de la droite $d_2$ et du plan $P$ est le point $M(3;3;5)$.
    $\quad$
  3. a. Un vecteur directeur de $\Delta$ est $\vec{w}\begin{pmatrix}-1\\2\\3\end{pmatrix}$.
    D’après la question 2.a., les droites $\Delta$ et $d_1$ sont orthogonales.
    Montrons qu’elles sont sécantes.
    $\begin{align*} \begin{cases} x=-r+3\\y=2r+3\\z=3r+5\\x=2+t\\y=3-t\\z=t\end{cases}&\ssi \begin{cases} x=-r+3\\y=2r+3\\z=3r+5\\-r+3=2+t\\2r+3=3-t\\3r+5=t\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=-r+3\\y=2r+3\\z=3r+5\\t=3r+5\\-r+3=2+3r+5\\2r+3=3-3r-5\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=-r+3\\y=2r+3\\z=3r+5\\t=3r+5\\-4r=4\\5r=-5\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=-r+3\\y=2r+3\\z=3r+5\\r=-1\\t=2\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} r=-1\\t=2\\x=4\\y=1\\z=2\end{cases}\end{align*}$.
    Les droites $\Delta$ et $d_1$ sont perpendiculaires en $L(4;1;2)$.
    $\quad$
    b. La droite $\Delta$ est orthogonale à la droite $d_2$ d’après la question 2.a.
    Prenons $k=3$ dans la représentation paramétrique de $d_2$.
    On obtient $x=3$, $y=3$ et $z=5$. Le point de coordonnées $(3;3;5)$ appartient donc à la fois à la droite $d_2$ et, par construction, à la droite $\Delta$.
    Ainsi $\Delta$ et $d_2$ sont perpendiculaires au point de coordonnées $(3;3;5)$.
    $\quad$
    La droite $\Delta$ est donc perpendiculaires au deux droites $d_1$ et $d_2$.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

  1. La fonction $f$ est dérivable deux fois sur $\R$ en tant que somme de fonctions deux fois dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a
    $f'(x)=\e^x-1$ et $f\dsec(x)=\e^x>0$.
    La fonction $f$ est convexe sur $\R$.
    Affirmation 1 vraie
    $\quad$
  2. Un produit de facteurs est nul si, et seulement si, un de ses facteurs au moins est nul.
    $\left(2\e^x-6\right)\left(\e^x+2\right)=0 \ssi 2\e^x-6=0$ ou $\e^x+2=0$.
    $2\e^x-6=0 \ssi 2\e^x=6\ssi \e^x=3\ssi x=\ln(3)$.
    La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$ donc $\e^x+2>2>0$.
    Ainsi l’équation $\left(2\e^x-6\right)\left(\e^x+2\right)=0$ possède une unique solution dans $\R$ qui est $\ln(3)$.
    Affirmation 3 vraie
    $\quad$
  3. Pour tout $x>0$ on a
    $\begin{align*} \dfrac{\e^{2x}-1}{\e^x-x}&=\dfrac{\e^{2x}\left(1-\e^{-2x}\right)}{\e^x\left(1-x\e^{-x}\right)} \\
    &=\e^x\times \dfrac{1-\e^{-2x}}{1-x\e^{-x}}\end{align*}$
    Or $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^{-2x}=0$, $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^x=+\infty$ et par croissances comparées $\lim\limits_{x\to +\infty} x\e^{-x}=0$.
    Donc $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\e^{2x}-1}{\e^x-x}=+\infty$.
    Affirmation 3 fausse
    $\quad$
  4. La fonction $F$ est dérivable sur $\R$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a :
    $\begin{align*} F'(x)&=2\e^{3x}+3(2x+1)\e^{3x} \\
    &=(2+6x+3)\e^{3x} \\
    &=(6x+5)\e^{3x} \\
    &=f(x)\end{align*}$
    $F$ est une primitive de $f$ sur $\R$.
    $F(0)=1+4=5.
    Affirmation 4 vraie
    $\quad$
  5. La fonction $\texttt{mystere}$ renvoie la moyenne des valeurs contenues dans la liste.
    La moyenne ici est égale à :
    $\dfrac{1+9+9+5+0+3+6+12+0+5}{10}=5$.
    Affirmation 5 fausse
    $\quad$

 

Ex 4

Exercice 4

  1. a. Pour tout $n\in \N$ on note $P(n):~u_n=2\times 0,9^n-3$.
    Initialisation : $u_0=-1$ et $2\times 0,9^0-3=-1$.
    Donc $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $\begin{align*} u_{n+1}&=0,9u_n-0,3\\
    &=0,9\left(2\times 0,9^n-3\right)-0,3 \\
    &=2\times 0,9^{n+1}-2,7-0,3\\
    &=2\times 0,9^{n+1}-0,3\end{align*}$
    $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout $n\in \N$, on a $u_n=2\times 0,9^n-3$.
    $\quad$
    b. Pour tout $n\in \N$ on a $u_n=-3+2\times 0,9^n>-3$ (on ajoute un nombre positif à $-3$).
    $\begin{align*}u_n+1&=2\times 0,9^n-2 \\
    &=2\left(0,9^n-1\right) \\
    &<0\end{align*}
    Donc $-3<u_n\pp -1$.$\quad$
    c. Soit $n\in \N$.
    $\begin{align*} u_{n+1}-u_n&=2\times 0,9^{n+1}-3-2\times 0,9^n+3\\
    &=2\times 0,9^n(0,9-1) \\
    &<0\end{align*}$
    La suite $\left(u_n\right)$ est strictement décroissante.
    $\quad$
    d. $0<0,9<1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} 0,9^n=0$.
    Par conséquent $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=-3$.
    La suite $\left(u_n\right)$ converge vers $-3$.
    $\quad$
  2. a. La fonction $g$ est dérivable sur $]-3;-1]$ en tant que somme et composée de fonctions dérivables.
    Pour tout $x\in ]-3;-1]$
    $\begin{align*} g'(x)&=\dfrac{0,5}{0,5x+1,5}-1 \\
    &=\dfrac{0,5-0,5x-1,5}{0,5x+1,5} \\
    &=\dfrac{-0,5x-1}{0,5x+1,5} \\
    &=-\dfrac{0,5x+1}{0,5x+1,5}\end{align*}$
    Sur $]-3;-1]$ on a $0,5x+1,5>0$.
    $0,5x+1=0 \ssi 0,5x=-1 \ssi x=-2$
    $-(0,5x+1)>0 \ssi 0,5x+1<0 \ssi x<-2$
    La fonction $g$ est donc strictement croissante sur $]-3;-2]$ et strictement décroissante sur $[-2;-1]$.
    $g(-1)=0-(-1)=1$.
    $\lim\limits_{x\to -3^+} 0,5x+1,5=0^+$ et $\lim\limits_{X\to 0^+} \ln(X)=-\infty$.
    Donc $\lim\limits_{x\to -3^+} \ln(0,5x+1,5)=-\infty$ et $\lim\limits_{x\to -3^+} g(x)=-\infty$.
    $\quad$
    b. $g(-2)=\ln(0,5)+2 \approx 1,3$.
    La fonction $g$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $]-3;-2]$.
    $g(-2)>0$ et $\lim\limits_{x\to -3^+} g(x)=-\infty$.
    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 $]-3;-2]$.
    Pour tout $x\in ]-2;-1]$ on a $g(x)\pg -1$ car la fonction $g$ est décroissante sur cette intervalle et $g(-1)=1$.
    L’équation $g(x)=0$ n’admet donc pas de solution sur cet intervalle.
    Finalement l’équation $g(x)=0$ admet une unique solution $\alpha$ sur $]-3;-1]$.
    D’après la calculatrice $\alpha\approx -2,8887$. Par conséquent $-2,889<\alpha <-2,888$.
    $\quad$
  3. a. Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} v_{n+1}-v_n&=\ln\left(0,5u_{n+1}+1,5\right) -\ln\left(0,5u_{n}+1,5\right)\\
    &=\ln\left(0,9^{n+1}-1,5+1,5\right)-\ln\left(0,9^{n}-1,5+1,5\right) \\
    &=\ln\left(0,9^{n+1}\right)-\ln\left(0,9^{n}\right)\\
    &=(n+1)\ln(0,9)-n\ln(0,9)\\
    &=\ln(0,9)\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc arithmétique de raison $\ln(0,9)$.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} u_n=v_n&\ssi u_n=\ln\left(0,5u_n+1,5\right) \\
    &\ssi \ln\left(0,5u_n+1,5\right) -u_n=0 \\
    &\ssi g\left(u_n\right)=0\end{align*}$
    $\quad$
    c. $v$ est une suite arithmétique de premier terme $0$ et de raison $\ln(0,9)$.
    Donc pour tout $n\in \N$, $v_n=n\ln(0,9)$.
    $u_n=v_n\ssi g\left(u_n\right)=0\ssi g\left(v_n\right)=0 \ssi v_n=\alpha$.
    Par conséquent $n\ln(0,9)=\alpha \ssi n=\dfrac{\alpha}{\ln(0,9)}$
    Or $-2,889<\alpha <-2,888$ donc $\dfrac{-2,889}{\ln(0,9)}<n<\dfrac{-2,888}{\ln(0,9)}$
    Mais $\dfrac{-2,889}{\ln(0,9)} \approx 27,42$ et $\dfrac{-2,888}{\ln(0,9)} \approx 27,41$.
    Il n’existe aucun entier naturel entre ces deux nombres.
    Il n’existe donc aucun rang $k\in \N$ pour lequel $u_k=\alpha$.
    $\quad$
    d. Or $u_n=\alpha\ssi g\left(u_n\right)=0\ssi u_n=v_n$.
    Il n’existe donc aucun rang $k\in \N$ pour lequel $v_k=u_k$.
    $\quad$

Énoncé

Exercice 1      4 points

Thème : probabilités

Les parties A et B peuvent être traitées indépendamment.

Les utilisateurs de vélo d’une ville sont classés en deux catégories disjointes :

  • ceux qui utilisent le vélo dans leurs déplacements professionnels ;
  • ceux qui utilisent le vélo uniquement pour leurs loisirs.

Un sondage donne les résultats suivants :

  • $21 \%$ des utilisateurs ont moins de 35 ans. Parmi eux, $68 \%$ utilisent leur vélo uniquement pour leurs loisirs alors que les autres l’utilisent dans leurs déplacements professionnels ;
  • parmi les 35 ans ou plus, seuls $20 \%$ utilisent leur vélo dans leurs déplacements professionnels, les autres l’utilisent uniquement pour leurs loisirs.

On interroge au hasard un utilisateur de vélo de cette ville.
Dans tout l’exercice on considère les événements suivants :

  • $J$ : « la personne interrogée a moins de 35 ans » ;
  • $T$ : « la personne interrogée utilise le vélo dans ses déplacements professionnels » ;
  • $\conj{J}$ et $\conj{T}$ sont les événements contraires de $J$ et $T$.

Partie A

  1. Calculer la probabilité que la personne interrogée ait moins de 35 ans et utilise son vélo dans ses déplacements professionnels. On pourra s’appuyer sur un arbre pondéré.
    $\quad$
  2.  Calculer la valeur exacte de la probabilité de $T$.
    $\quad$
  3. On considère à présent un habitant qui utilise son vélo dans ses déplacements professionnels. Démontrer que la probabilité qu’il ait moins de 35 ans est $0,30$ à $10^{-2}$ près.
    $\quad$

Partie B

Dans cette partie, on s’intéresse uniquement aux personnes utilisant leur vélo dans leurs déplacements professionnels. On admet que $30 \%$ d’entre elles ont moins de 35 ans.

On sélectionne au hasard parmi elles un échantillon de 120 personnes auxquelles on va soumettre un questionnaire supplémentaire. On assimile la sélection de cet échantillon à un tirage aléatoire avec remise.

On demande à chaque individu de cet échantillon son âge.

$X$ représente le nombre de personnes de l’échantillon ayant moins de 35 ans.

Dans cette partie, les résultats seront arrondis à $10^{-3}$ près.

  1. Déterminer la nature et les paramètres de la loi de probabilité suivie par $X$.
    $\quad$
  2. Calculer la probabilité qu’au moins $50$ utilisateurs de vélo parmi les $120$ aient moins de 35 ans.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2      5 points

Thème : géométrie dans l’espace

L’espace est muni d’un repère orthonormé $\Oijk$.

On considère :

  • $d_1$ la droite passant par le point $H(2; 3; 0)$ et de vecteur directeur $\vec{u}\begin{pmatrix} 1\\-1\\1\end{pmatrix}$;
  • $d_2$ la droite de représentation paramétrique :$$\begin{cases} x=2k-3\\y=k\\z=5\end{cases} \qquad \text{où $k$ décrit $\R$}$$

Le but de cet exercice est de déterminer une représentation paramétrique d’une droite $\Delta$ qui soit perpendiculaire aux droites $d_1$ et $d_2$.

  1. a. Déterminer un vecteur directeur $\vec{v}$ de la droite $d_2$.
    $\quad$
    b. Démontrer que les droites $d_1$ et $d_2$ ne sont pas parallèles.
    $\quad$
    c. Démontrer que les droites $d_1$ et $d_2$ ne sont pas sécantes.
    $\quad$
    d. Quelle est la position relative des droites $d_1$ et $d_2$ ?
    $\quad$
  2. a. Vérifier que le vecteur $\vec{w}\begin{pmatrix}-1\\2\\3\end{pmatrix}$ est orthogonal à $\vec{u}$ et à $\vec{v}$.
    $\quad$
    b. On considère le plan $P$ passant par le point $H$ et dirigé par les vecteurs $\vec{u}$ et $\vec{w}$.
    On admet qu’une équation cartésienne de ce plan est :
    $$5x+4y-z-22 = 0.$$
    Démontrer que l’intersection du plan $P$ et de la droite $d_2$ est le point $M(3; 3; 5)$.
    $\quad$
  3. Soit $\Delta$ la droite de vecteur directeur $\vec{w}$ passant par le point $M$. Une représentation paramétrique de $\Delta$ est donc donnée par :
    $$\begin{cases} x=-r+3\\y=2r+3\\z=3r+5\end{cases} \qquad \text{où $r$ décrit $\R$}$$
    a. Justifier que les droites $\Delta$ et $d_1$ sont perpendiculaires en un point $L$ dont on déterminera les coordonnées.
    $\quad$
    b. Expliquer pourquoi la droite $\Delta$ est solution du problème posé.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3      5 points

Thème : fonction exponentielle, algorithmique

Pour chacune des affirmations suivantes, indiquer si elle est vraie ou fausse. Chaque réponse doit être justifiée. Une réponse non justifiée ne rapporte aucun point.

  1. Affirmation : La fonction $f$ définie sur $\R$ par $f(x)=\e^x-x$ est convexe.
    $\quad$
  2. Affirmation : L’équation $\left(2e^x-6\right)\left(\e^x + 2\right) = 0$ admet $\ln(3)$ comme unique solution dans $\R$.
    $\quad$
  3. Affirmation : $$\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\e^{2x}-1}{\e^x-x}=0$$
    $\quad$
  4. Soit $f$ la fonction définie sur $\R$ par $f(x)=(6x+5)\e^{3x}$ et $F$ la fonction définie sur $\R$ par : $F(x) = (2x + 1)\e^{3x}+4$.
    Affirmation : $F$ est la primitive de $f$ sur $\R$ qui prend la valeur $5$ quand $x = 0$.
    $\quad$
  5. On considère la fonction $\texttt{mystere}$ définie ci-dessous qui prend une liste $\texttt{L}$ de nombres en paramètre.
    On rappelle que $\texttt{len(L)}$ représente la longueur de la liste $\texttt{L}$.
    $$\begin{array}{|lll|}
    \hline
    \\
    \phantom{1234}&\texttt{def mystere(L) :}&\phantom{1234} \\
    &\hspace{0.8cm} \texttt{S = 0}& \\
    &\hspace{0.8cm} \texttt{for i in range(len(L)) :}&\\
    &\hspace{1.6cm} \texttt{S = S + L[i]}&\\
    &\hspace{0.8cm} \texttt{return S / len(L)}&\\
    \\
    \hline
    \end{array}$$
    Affirmation : L’exécution de $\texttt{mystere([1,9,9,5,0,3,6,12,0,5]) }$ renvoie $\texttt{50}$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4      6 points

Thème : suites, fonctions

Soit $\left(u_n\right)$ la suite définie par $u_0=-1$ et, pour tout entier naturel $n$ : $$u_{n+1}=0,9u_n-0,3$$

  1. a. Démontrer par récurrence que, pour tout $n\in \N, u_n = 2 \times 0,9 n-3$.
    $\quad$
    b. En déduire que pour tout $n\in \N, $-3 < u_n \pp -1$.
    $\quad$
    c. Démontrer que la suite $\left(u_n\right)$ est strictement décroissante.
    $\quad$
    d. Démontrer que la suite $\left(u_n\right)$ converge et préciser sa limite.
    $\quad$
  2. On se propose d’étudier la fonction $g$ définie sur $]-3 ; -1]$ par :
    $$g(x) = \ln(0,5x + 1,5)-x$$.
    a. Justifier toutes les informations données par le tableau de variations de la fonction $g$ (limites, variations, image de $-1$).
    $\quad$

    $\quad$
    b. En déduire que l’équation $g(x) = 0$ a exactement une solution que l’on
    notera $\alpha$ et dont on donnera un encadrement d’amplitude $10^-3$.
    $\quad$
  3. Dans la suite de l’exercice, on considère la suite $\left(v_n\right)$ définie pour tout $n\in\N$, par : $$v_n = \ln\left(0,5u_n + 1,5\right).$$
    a. En utilisant la formule donnée à la question 1. a., démontrer que $\left(v_n\right)$ est arithmétique de raison $\ln(0,9)$.
    $\quad$
    b. Soit $n$ un entier naturel.
    Démontrer que $u_n=v_n$ si, et seulement si $g\left(u_n\right)=0$.
    $\quad$
    c. Démontrer qu’il n’existe aucun rang $k\in \N$ pour lequel $u_k = \alpha$.
    $\quad$
    d. En déduire qu’il n’existe aucun rang $k\in \N$ pour lequel $v_k = u_k$.
    $\quad$

$\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Métropole – sujet 2 – juin 2021

Métropole – juin 2021

Spécialité maths – Sujet 2 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1

Question 1 :  Si $t=5$ alors $\begin{cases} x=-4+3\times 5\\y=6-3\times 5\\z=8-6\times 5\end{cases} \ssi \begin{cases} x=11\\y=-9\\z=-22\end{cases}$
Réponse b
$\quad$

Question 2 : Un vecteur directeur de la droite $\mathcal{D}’$ est $\vec{u}\begin{pmatrix} 3\\-3\\-6\end{pmatrix}$.
Réponse c
$\quad$

Question 3 : Un vecteur directeur de la droite $\mathcal{D}$ est $\vect{AB}\begin{pmatrix}-2\\2\\4\end{pmatrix}$.
On constate que $\vect{AB}=-\dfrac{3}{2}\vect{u_3}$.
Les deux droites sont donc parallèles.
En prenant $t=2$ on constate que le point $B$ appartient à la droite $\mathcal{D}’$.
Les deux droites sont donc confondues.
Réponse d
$\quad$

Question 4 : Un vecteur normal au plan $\mathcal{P}$ est $\vec{n}\begin{pmatrix}1\\m\\-2\end{pmatrix}$
La droite $\mathcal{D}$ est parallèle au plan $\mathcal{P}$
$\ssi$ $\vec{n}$ et $\vect{AB}$ sont orthogonaux
$\ssi \vec{n}.\vect{AB}=0$\\
$\ssi -2+2m-8=0$
$\ssi 2m=10$
$\ssi m=5$
Réponse c
$\quad$

Ex 2

Exercice 2

  1. a. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$$\quad$
    b. On veut calculer :
    $\begin{align*} p(M\cap T)&=p(M)\times p_M(T)\\
    &=0,4\times 0,9\\
    &=0,36\end{align*}$
    La probabilité que le chat soit porteur de la maladie et que son test soit positif est égal à $0,36$.
    $\quad$
    c. $\left(M,\conj{M}\right)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales on a :
    $\begin{align*}
    p(T)&=p(M)\times p_M(T)+p\left(\conj{M}\right)\times p_{\conj{M}}(T)\\
    &=0,36+0,6\times 0,15\\
    &=0,45\end{align*}$
    La probabilité que le test du chat soit positif est égale à $0,45$.
    $\quad$
    d. On veut calculer :
    $\begin{align*} p_T(M)&=\dfrac{p(T\cap M)}{p(T)} \\
    &=\dfrac{0,36}{0,45} \\
    &=0,8\end{align*}$
    La probabilité que le chat soit porteur de la maladie sachant que le test est positif est égale à $0,8$.
    $\quad$
  2. a. On effectue $20$ tirages aléatoires, identiques et indépendants. À chaque tirage il n’y a que deux issues : $T$ et $\conj{T}$.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètre $n=20$ et $p=0,45$.
    $\quad$
    b. On veut calculer :
    $\begin{align*} p(X=5)&=\dbinom{20}{5}0,45^5\times 0,55^{15} \\
    &\approx 0,036\end{align*}$
    La probabilité qu’il y ait dans l’échantillon exactement $5$ chats présentant un test positif est environ égale à $0,036$.
    $\quad$
    c. On veut calculer $p(X\pp 8) \approx 0,414$ d’après la calculatrice.
    La probabilité qu’il y ait dans l’échantillon au plus $8$ chats présentant un test positif est environ égale à $0,414$.
    $\quad$
    d. $E(X)=np=9$.
    En moyenne, $9$ chats présentent un test positif dans un échantillon de $20$ chats.
    $\quad$
  3. a. On effectue $n$ tirages aléatoires, identiques et indépendants. À chaque tirage il n’y a que deux issues : $T$ et $\conj{T}$.
    La variable $Y$ donnant le nombre de chats présentant un test positif suit donc la loi binomiale de paramètre $n$ et $p=0,45$.
    Ainsi :
    $\begin{align*} p_n&=p(Y\pg 1) \\
    &=1-p(Y=0)\\
    &=1-0,55^n\end{align*}$
    $\quad$
    b. Le programme renvoie le plus petit entier naturel $n$ tel que $p_n\pg 0,99$.
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*}
    p_n\pg 0,99 &\ssi 1-0,55^n \pg 0,99 \\
    &\ssi -0,55^n \pg -0,01 \\
    &\ssi 0,55^n \pp 0,01 \\
    &\ssi n\ln(0,55) \pp \ln(0,01) \\
    &\ssi n\pg \dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,55)}\end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,55)}\approx7,7$
    Le programme renverra donc la valeur $8$.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3

  1. Il semblerait que $\dfrac{4}{u_n}=n+4$.
    $\quad$
  2. Initialisation : On a $u_0=1>0$.
    La propriété est donc vraie au rang $0$.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n$ un entier naturel. On suppose la propriété vraie au rang $n$.
    Ainsi $4u_n >0$ et $u_n+4>4>0$.
    Par conséquent $u_{n+1}>0$ en tant que quotient de nombres strictement positifs.
    La propriété est donc vraie au rang $n+1$.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Pour tout $n\in \N$, on a $u_n >0$.
    $\quad$
  3. Pour tout $n\in \N$.
    $\begin{align*}
    u_{n+1}-u_n&=\dfrac{4u_n}{u_n+4}-u_n\\
    &=\dfrac{4u_n-\left(u_n^2+4u_n\right)}{u_n+4}\\
    &=\dfrac{-u_n^2}{u_n+4}\\
    &<0\end{align*}$
    La suite $\left(u_n\right)$ est donc décroissante.
    $\quad$
  4. La suite $\left(u_n\right)$ est donc décroissante et minorée par $0$. Elle est par conséquent convergente.
    $\quad$
  5. Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} v_{n+1}-v_n&=\dfrac{4}{~~\dfrac{4u_n}{u_n+4}~~}-\dfrac{4}{u_n} \\
    &=\dfrac{4\left(u_n+4\right)}{4u_n}-\dfrac{4}{u_n}\\
    &=\dfrac{u_n+4}{u_n}-\dfrac{4}{u_n}\\
    &=\dfrac{u_n}{u_n}\\
    &=1\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc arithmétique de raison $1$ et de premier terme $v_0=4$.
    Ainsi, pour tout entier naturel $n$, on a $v_n=4+n$.
    $\quad$
  6. Pour tout entier naturel $n$ on a donc
    $\begin{align*} v_n=\dfrac{4}{u_n}&\ssi 4+n=\dfrac{4}{u_n} \\
    &\ssi u_n=\dfrac{4}{4+n}\end{align*}$
    Or $\lim\limits_{n\to +\infty} 4+n=0$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=0$.
    $\quad$

 

 

Ex A

Exercice A

Partie I

  1. Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x^2}=0$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} h(x)=1$.
    $\lim\limits_{x\to 0^+} \ln(x)=-\infty$ et $\lim\limits_{x\to 0^+} x^2=0^+$ donc $\lim\limits_{x\to 0^+} \dfrac{\ln(x)}{x^2}=-\infty$ et $\lim\limits_{x\to 0^+} h(x)=-\infty$
    $\quad$
  2. Pour tout réel $x>0$ on a
    $\begin{align*} h'(x)&=\dfrac{\dfrac{1}{x}\times x^2-2x\ln(x)}{x^4} \\
    &=\dfrac{x-2x\ln(x)}{x^4} \\
    &=\dfrac{1-2\ln(x)}{x^3}\end{align*}$
    $\quad$
  3. Le signe de $h'(x)$ sur $]0;+\infty[$ ne dépend donc que de celui de $1-2\ln(x)$.
    Or $1-2\ln(x)=0 \ssi \ln(x)=\dfrac{1}{2} \ssi x=\e^{1/2}$
    Et $1-2\ln(x)>0 \ssi -2\ln(x)>-1\ssi \ln(x)<\dfrac{1}{2} \ssi x<\e^{1/2}$
    Ainsi $h'(x) >0$ sur $\left]0;\e^{1/2}\right[$ et $h'(x)<0$ sur $\left]\e^{1/2};+\infty\right[$.
    La fonction $h$ est donc strictement croissante sur $\left]0;\e^{1/2}\right[$ et strictement décroissante sur $\left]\e^{1/2};+\infty\right[$.
    $\quad$
  4. La fonction $h$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $\left]0;\e^{1/2}\right[$.
    De plus $\lim\limits_{x\to 0^+} h(x)=-\infty$ et $h\left(\e^{1/2}\right)=1+\dfrac{1}{2\e}>0$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $h(x)=0$ possède une solution sur l’intervalle $\left]0;\e^{1/2}\right[$.
    $\quad$
    La fonction $h$ est strictement décroissante sur $\left]\e^{1/2};+\infty\right[$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} h(x)=0$.
    Par conséquent $h(x)>0$ sur $\left]\e^{1/2};+\infty\right[$.
    $\quad$
    Ainsi l’équation $h(x)=0$ possède une unique solution $\alpha$ solution sur $]0;+\infty[$.
    $\quad$
    $h\left(\dfrac{1}{2}\right) \approx -1,8<0$ et $h(1)=1>0$
    Par conséquent $h\left(\dfrac{1}{2}\right)<h(\alpha)<h(1)$.
    La fonction $h$ est strictement croissante sur $\left]0;\e^{1/2}\right[$. Donc $\dfrac{1}{2} <\alpha <1$.
    $\quad$
  5. D’après les question 3. et 4. :
    $\bullet$ $h(x)<0$ sur $]0;\alpha[$;
    $\bullet$ $h(\alpha)=0$;
    $\bullet$ $h(x)>0$ sur $]\alpha;+\infty[$.
    $\quad$

Partie II

  1. Pour tout $x>0$ on a
    $\begin{align*} f_1(x)-f_2(x)&=x-1-\dfrac{\ln(x)}{x^2}-\left(x-2-\dfrac{2\ln(x)}{x^2} \right)\\
    &=x-1-\dfrac{\ln(x)}{x^2}-x+2+\dfrac{2\ln(x)}{x^2} \\
    &=1+\dfrac{\ln(x)}{x^2}\\
    &=h(x)\end{align*}$
    $\quad$
  2. L’équation $h(x)=0$ possède une unique solution $\alpha$ sur $]0;+\infty[$.
    Les courbes $\mathcal{C}_1$ et $\mathcal{C}_2$ n’ont donc qu’un seul point d’intersection d’abscisse $\alpha$
    $h(\alpha)=0 \ssi \dfrac{\ln(\alpha}{\alpha^2}=-1$
    Ainsi $f_1(\alpha)=\alpha-1-\dfrac{\ln(\alpha}{\alpha^2}=\alpha$.
    Le point d’intersection des courbes $\mathcal{C}_1$ et $\mathcal{C}_2$ a donc pour coordonnées $(\alpha;\alpha)$.
    D’après la question I.5., $\mathcal{C}_1$ est au-dessous de $\mathcal{C}_2$ sur $]0;+\alpha[$ et au-dessus de $\mathcal{C}_2$ sur $]\alpha;+\infty[$.
    $\quad$

Ex B

Partie I

  1. La fonction $f’$ semble strictement positive sur $]-\infty;-1[$ et strictement négative sur $]-1;+\infty[$
    La fonction $f$ semble donc strictement croissante sur $]-\infty;-1]$ et strictement décroissante sur $[-1;+\infty[$.
    $\quad$
  2. La fonction $f’$semble changer de sens de variation en $0$. Elle semble décroissante sur $]-\infty;0]$ et croissante sur $[0;+\infty[$.
    La fonction $f$ semble donc concave sur $]-\infty;0]$ et convexe sur $[0;+\infty[$
    $\quad$

Partie II

  1. Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} f(x)&=(x+2)\e^{-x} \\
    &=x\e^{-x}+2\e^{-x} \\
    &=\dfrac{x}{\e^x}+2\e^{-x}\end{align*}$
    $\quad$
    Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\e^x}{x}=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{x}{\e^x}=0$
    De plus $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^{-x}=0$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=0$.
    La droite d’équation $y=0$ est donc asymptote à la courbe $\mathcal{C}$ en $+\infty$.
    $\quad$
  2. a. Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=1\times \e^{-x}+(x+2)\times \left(-\e^{-x}\right) \\
    &=(1-x-2)\e^{-x} \\
    &=(-x-1)\e^{-x}\end{align*}$
    $\quad$
    b. La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$. Le signe de $f'(x)$ ne dépend donc que de celui de $-x-1$.
    Or $-x-1=0 \ssi x=-1$ et $-x-1>0 \ssi -x>1 \ssi x<-1$.
    On obtient ainsi le tableau de variations suivant :
    $\quad$
    c. La fonction $f$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $[-2;-1]$.
    De plus $f(-2) = 0<2$ et $f(-1)=\e>2$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires), l’équation $f(x)=2$ possède une unique solution $\alpha$.
    D’après la calculatrice $\alpha \approx -1,6$.
    $\quad$
  3. $f’$ est dérivable sur $\R$ en tant que produit de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} f\dsec(x)&=-\e^{-x}-(-x-1)\e^{-x} \\
    &=(-1+x+1)\e^{-x} \\
    &=x\e^{-x}\end{align*}$
    La fonction exponentielle étant strictement positive sur $\R$, le signe de $f\dsec(x)$ ne dépend que de celui de $x$.
    Ainsi :
    $\bullet$ $f\dsec(x)<0$ sur $]-\infty;0[$;
    $\bullet$ $f\dsec(0)=0$;
    $\bullet$ $f\dsec(x)>0$ sur $]0;+\infty[$.
    La fonction $f$ est donc concave sur $]-\infty;0]$ et convexe sur $[0;+\infty[$.
    Le point $A$, d’abscisse $0$, est un point d’inflexion pour la courbe $\mathcal{C}$.
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     4 points

Cet exercice est un questionnaire à choix multiples. Pour chacune des questions suivantes, une seule des quatre réponses proposées est exacte. Une réponse exacte rapporte un point. 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.

L’espace est rapporté à un repère orthonormé $\Oijk$.
On considère :

  • La droite $\mathcal{D}$ passant par les points $A(1 ; 1 ;-2)$ et $B(-1 ; 3 ; 2)$.
  • La droite $\mathcal{D}’$ de représentation paramétrique : $\left\{\begin{array}{l}x=-4+3 t \\ y=6-3 t \\ z=8-6 t\end{array}\right. \quad \text { avec } t \in \R $.
  • Le plan $\mathcal{P}$ d’équation cartésienne $x+m y-2 z+8=0$ où $m$ est un nombre réel.

Question 1 : Parmi les points suivants, lequel appartient à la droite $\mathcal{D}’$ ?
a. $M_{1}(-1 ; 3 ;-2)$
b. $M_{2}(11 ;-9 ;-22)$
c. $M_{3}(-7 ; 9 ; 2)$
d. $M_{4}(-2 ; 3 ; 4)$
$\quad$

Question 2 : Un vecteur directeur de la droite $\mathcal{D}’$ est:
a. $\vect{u_{1}}\begin{pmatrix}-4 \\ 6 \\ 8\end{pmatrix}$
b. $\vect{u_{2}}\begin{pmatrix}3 \\ 3 \\ 6\end{pmatrix}$
c. $\vect{u_{3}}\begin{pmatrix}3 \\ -3 \\ -6\end{pmatrix}$
d. $\vect{u_{4}}\begin{pmatrix}-1 \\ 3 \\ 2\end{pmatrix}$
$\quad$

Question 3 : Les droites $\mathcal{D}$ et $\mathcal{D}’$ sont:
a. sécantes
b. strictement parallèles
c. non coplanaires
d. confondues
$\quad$

Question 4 : La valeur du réel $m$ pour laquelle la droite $\mathcal{D}$ est parallèle au plan $\mathcal{P}$ est:
a. $m=-1$
b. $m=1$
c. $m=5$
d. $m=-2$
$\quad$

$\quad$

Exercice 2 6 points

Dans cet exercice, les résultats des probabilités demandées seront, si nécessaire, arrondis au millième.
La leucose féline est une maladie touchant les chats; elle est provoquée par un virus. Dans un grand centre vétérinaire, on estime à $40 \%$ la proportion de chats porteurs de la maladie. On réalise un test de dépistage de la maladie parmi les chats présents dans ce centre vétérinaire. Ce test possède les caractéristiques suivantes.

  • Lorsque le chat est porteur de la maladie, son test est positif dans $90 \%$ des cas.
  • Lorsque le chat n’est pas porteur de la maladie, son test est négatif dans $85 \%$ des cas.

On choisit un chat au hasard dans le centre vétérinaire et on considère les événements suivants:

  • $M$ : « Le chat est porteur de la maladie » ;
  • $T$ : « Le test du chat est positif » ;
  • $\conj{M}$ et $\conj{T}$ désignent les événements contraires des événements $M$ et $T$ respectivement.
  1. a. Traduire la situation par un arbre pondéré.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité que le chat soit porteur de la maladie et que son test soit positif.
    $\quad$
    c. Montrer que la probabilité que le test du chat soit positif est égale à $0,45$.
    $\quad$
    d. On choisit un chat parmi ceux dont le test est positif. Calculer la probabilité qu’il soit porteur de la maladie.
    $\quad$
  2. On choisit dans le centre vétérinaire un échantillon de $20$ chats au hasard. On admet que l’on peut assimiler ce choix à un tirage avec remise.
    On note $X$ la variable aléatoire donnant le nombre de chats présentant un test positif dans l’échantillon choisi.
    a. Déterminer, en justifiant, la loi suivie par la variable aléatoire $X$.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité qu’il y ait dans l’échantillon exactement $5$ chats présentant un test positif.
    $\quad$
    c. Calculer la probabilité qu’il y ait dans l’échantillon au plus $8$ chats présentant un test positif.
    $\quad$
    d. Déterminer l’espérance de la variable aléatoire $X$ et interpréter le résultat dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
  3. Dans cette question, on choisit un échantillon de $n$ chats dans le centre, qu’on assimile encore à un tirage avec remise. On note $p_{n}$ la probabilité qu’il y ait au moins un chat présentant un test positif dans cet échantillon.
    a. Montrer que $p_{n}=1-0,55^{n}$.
    $\quad$
    b. Décrire le rôle du programme ci-dessous écrit en langage Python, dans lequel la variable $\text{n}$ est un entier naturel et la variable $\text{P}$ un. nombre réel.
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \hspace {1cm} \textbf{def seuil} ():\\
    \hspace {1.5 cm} \text{n = 0} \\
    \hspace {1.5 cm} \text{P = 0}\\
    \hspace {1.5 cm} \textbf {while }\text{P < 0.99:} \\
    \hspace {2 cm}\text{n = n + 1}\\
    \hspace {2 cm}\text{P = 1 – 0.55**n}\\
    \hspace {1.5 cm}\textbf{return }\text{n}\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
    c. Déterminer, en précisant la méthode employée, la valeur renvoyée par ce programme.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     5 points

On considère la suite $\left(u_{n}\right)$ définie par $: u_{0}=1$ et, pour tout entier naturel $n$,
$$u_{n+1}=\dfrac{4 u_{n}}{u_{n}+4}$$

  1. La copie d’écran ci-dessous présente les valeurs, calculées à l’aide d’un tableur, des termes de la suite $\left(u_{n}\right)$ pour $n$ variant de $0$ à $12$, ainsi que celles du quotient $\dfrac{4}{u_{n}}$ (avec, pour les valeurs de $u_{n}$, affichage de deux chiffres pour les parties décimales).
    $$\begin{array}{|c|c|c|}
    \hline n & u_{n} & \dfrac{4}{u_{n}} \\
    \hline 0 & 1,00 & 4 \\
    \hline 1 & 0,80 & 5 \\
    \hline 2 & 0,67 & 6 \\
    \hline 3 & 0,57 & 7 \\
    \hline 4 & 0,50 & 8 \\
    \hline 5 & 0,44 & 9 \\
    \hline 6 & 0,40 & 10 \\
    \hline 7 & 0,36 & 11 \\
    \hline 8 & 0,33 & 12 \\
    \hline 9 & 0,31 & 13 \\
    \hline 10 & 0,29 & 14 \\
    \hline 11 & 0,27 & 15 \\
    \hline 12 & 0,25 & 16 \\
    \hline
    \end{array}$$
    À l’aide de ces valeurs, conjecturer l’expression de $\dfrac{4}{u_{n}}$ en fonction de $n$.
    $\quad$
    Le but de cet exercice est de démontrer cette conjecture (question 5.), et d’en déduire la limite de la suite $\left(u_{n}\right)$ (question 6.).
    $\quad$
  2. Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a $: u_{n}>0$.
    $\quad$
  3. Démontrer que la suite $\left(u_{n}\right)$ est décroissante.
    $\quad$
  4. Que peut-on conclure des questions 2. et 3. concernant la suite $\left(u_{n}\right)$ ?
    $\quad$
  5. On considère la suite $\left(v_{n}\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par : $v_{n}=\dfrac{4}{u_{n}}$.
    Démontrer que $\left(v_{n}\right)$ est une suite arithmétique. Préciser sa raison et son premier terme.
    En déduire, pour tout entier naturel $n$, l’expression de $v_{n}$ en fonction de $n$.
    $\quad$
  6. Déterminer, pour tout entier naturel $n$, l’expression de $u_{n}$ en fonction de $n$.
    En déduire la limite de la suite $\left(u_{n}\right)$.
    $\quad$

$\quad$

EXERCICE au choix du candidat     5 points

Le candidat doit traiter un seul des deux exercices A ou B.
Il indique sur sa copie l’exercice choisi : exercice A ou exercice B.
Pour éclairer son choix, les principaux domaines abordés dans chaque exercice sont indiqués dans un encadré.

$\quad$

Exercice A

Principaux domaines abordés:

  • Fonction logarithme;
  • dérivation.

Partie I

On désigne par $h$ la fonction définie sur l’intervalle $] 0 ;+\infty[$ par :
$$h(x)=1+\dfrac{\ln (x)}{x^{2}}$$
On admet que la fonction $h$ est dérivable sur $] 0 ;+\infty[$ et on note $h’$ sa fonction dérivée.

  1. Déterminez les limites de $h$ en $0$ et en $+\infty$.
    $\quad$
  2. Montrer que, pour tout nombre réel $x$ de $] 0 ;+\infty[$, $h'(x)=\dfrac{1-2 \ln (x)}{x^{3}}$.
    $\quad$
  3. En déduire les variations de la fonction $h$ sur l’intervalle $]0 ;+\infty[$
    $\quad$
  4. Montrer que l’équation $h(x)=0$ admet une solution unique $\alpha$ appartenant à $] 0 ;+\infty[$ et vérifier que : $\dfrac{1}{2}<\alpha<1$.
    $\quad$
  5. Déterminer le signe de $h(x)$ pour $x$ appartenant à $] 0 ;+\infty[$.
    $\quad$

 

Partie II

On désigne par $f_{1}$ et $f_{2}$ les fonctions définies sur $] 0 ;+\infty[$ par :
$$
f_{1}(x)=x-1-\dfrac{\ln (x)}{x^{2}} \text { et } \quad f_{2}(x)=x-2-\dfrac{2 \ln (x)}{x^{2}}$$
On note $\mathcal{C}_{1}$ et $\mathcal{C}_{2}$ les représentations graphiques respectives de $f_{1}$ et $f_{2}$ dans un repère $\Oij$.

  1. Montrer que, pour tout nombre réel $x$ appartenant à $] 0 ;+\infty[$, on a :
    $$f_{1}(x)-f_{2}(x)=h(x)$$
    $\quad$
  2. Déduire des résultats de la Partie I la position relative des courbes $\mathcal{C}_{1}$ et $\mathcal{C}_{2} .$ On justifiera que leur unique point d’intersection a pour coordonnées $(\alpha ; \alpha)$.
    On rappelle que $\alpha$ est l’unique solution de l’équation $h(x)=0$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice B

Principaux domaines abordés :

  • Fonction exponentielle;
  • dérivation;
  • convexité.

PARTIE I

On donne ci-dessous, dans le plan rapporté à un repère orthonormé, la courbe représentant la fonction dérivée $f’$ d’une fonction $f$ dérivable sur $\R$. À l’aide de cette courbe, conjecturer, en justifiant les réponses:

  1. Le sens de variation de la fonction $f$ sur $\R$.
    $\quad$
  2. La convexité de la fonction $f$ sur $\R$.
    $\quad$

$\quad$

PARTIE II

On admet que la fonction $f$ mentionnée dans la Partie I est définie sur $\R$ par : $$f(x)=(x+2) \e^{-x}$$
On note $\mathcal{C}$ la courbe représentative de $f$ dans un repère orthonormé $\Oij$.
On admet que la fonction $f$ est deux fois dérivable sur $\R$, et on note $f’$ et $f\dsec$ les fonctions dérivées première et seconde de $f$ respectivement.

  1. Montrer que, pour tout nombre réel $x$, $$
    f(x)=\dfrac{x}{\e^{x}}+2 \e^{-x}$$
    En déduire la limite de $f$ en $+\infty$.
    Justifier que la courbe $\mathcal{C}$ admet une asymptote que l’on précisera. On admet que $\lim\limits_{x \to -\infty} f(x)=-\infty$.
    $\quad$
  2. a. Montrer que, pour tout nombre réel $x, f'(x)=(-x-1) \e^{-x}$.
    $\quad$
    b. Étudier les variations sur $\R$ de la fonction $f$ et dresser son tableau de variations.
    $\quad$
    c. Montrer que l’équation $f(x)=2$ admet une unique solution $\alpha$ sur l’intervalle $[-2 ;-1]$ dont on donnera une valeur approchée à $10^{-1}$ près.
    $\quad$
  3. Déterminer, pour tout nombre réel $x$, l’expression de $f\dsec(x)$ et étudier la convexité de la fonction $f$. Que représente pour la courbe $\mathcal{C}$ son point $A$ d’abscisse $0$ ?
    $\quad$

$\quad$