Bac – Spécialité mathématiques – Centres étrangers – sujet 1 – 18 mai 2022

Centres étrangers – Liban – 18 mai 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. On a
    $\begin{align*} P(J\cap C)&=P(J)\times P_J(C)\\
    &=0,2\times 0,06 \\
    &=0,012\end{align*}$
    $\quad$
  3. $\left(J,\conj{J}\right)$ forme un système complet d’événements.
    D’après la formule des probabilités totales :
    $\begin{align*} P(C)&=P(J\cap C)+P\left(\conj{J}\cap C\right) \\
    &=0,012+P\left(\conj{J}\right)P_{\conj{J}}(C)\\
    &=0,012+0,8\times 0,125 \\
    &=0,112\end{align*}$
    $\quad$
  4. On veut calculer :
    $\begin{align*} P_C\left(\conj{J}\right)&=\dfrac{P\left(C\cap \conj{J}\right)}{P(C)} \\
    &=\dfrac{0,8\times 0,125}{0,112} \\
    &\approx 0,893\end{align*}$
    La probabilité que le skieur ait un forfait SÉNIOR sachant qu’il a choisi l’option coupe-file est environ égale à $0,893$.
    $\quad$
  5. Un skieur ayant choisi l’option coupe-file a moins de vingt-cinq ans ou plus de vingt-cinq ans.
    Ainsi :
    $\begin{align*} P_C(J)&=1-P_C\left(\conj{J}\right) \\
    &\approx 0,107\\
    &<0,15\end{align*}$
    L’affirmation est donc vraie.
    $\quad$

Partie B

  1. $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=30$ et $p=0,112$.
    $\quad$
  2. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(X\pg 1)&=1-P(X=0) \\
    &=1-(1-0,112)^{30} \\
    &=1-0,888^{30} \\
    &\approx 0,972\end{align*}$
    La probabilité qu’au moins un des $30$ skieurs ait choisi l’option coupe-file est environ égale à $0,972$.
    $\quad$
  3. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(X\pp 1)&=P(X=0)+P(X=1) \\
    &=0,888^{30}+\dbinom{30}{1}0,112^1\times 0,888^{29} \\
    &\approx 0,136\end{align*}$
    La probabilité qu’au plus un des $30$ skieurs ait choisi l’option coupe-file est environ égale à $0,136$.
    $\quad$
  4. L’espérance mathématique de $X$ est :
    $\begin{align*} E(X)&=np\\
    &=30\times 0,112 \\
    &=3,36\end{align*}$
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2

  1. On appelle $v_n$ le volume d’eau, en litres, contenu dans la bouteille au bout de $n$ heures.
    On a donc, pour tout entier naturel $n$, $v_{n+1}=(1-0,15)v_n$ soit $v_{n+1}=0,85 v_n$.
    $\left(v_n\right)$ est donc une suite géométrique de raison $0,85$ et de premier terme $1$.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$, $v_n=0,85^n$.
    $\begin{align*} u_n \pp 0,25&\ssi 0,85^n \pp 0,25 \\
    &\ssi n\ln(0,85)\pp \ln(0,25) \\
    &\ssi n\pg \dfrac{\ln(0,25)}{\ln(0,85)} \qquad \text{car } \ln(0,85)<0 \end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,25)}{\ln(0,85)}\approx 8,53$.
    C’est donc au bout de $9$ heures que le volume d’eau devient inférieur à un quart de litre.
    Réponse c
    $\quad$
  2. Pour tout $n\in \N$, on pose $P(n):~u_n=6$.
    Initialisation : $u_0=6$ donc $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $\begin{align*} u_{n+1}&=\dfrac{1}{2} u_n+3 \\
    &=\dfrac{1}{2}\times 6+3 \\
    &=6\end{align*}$
    Donc $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Donc, pour tout entier naturel $n, $u_n=6$.
    Réponse d
    $\quad$
  3. Soit $x\in ]0;+\infty[$
    $\begin{align*} f(2x)&=4\ln(3\times 2x) \\
    &=4\left(\ln(2)+\ln(3x)\right) \\
    &=4\ln(2)+4\ln(3x)\\
    &=\ln\left(2^4\right)+f(x)\\
    &=\ln(16)+f(x)\end{align*}$
    Réponse b
    $\quad$
  4. Pour tout réel $x>1$ on a $g(x)=\dfrac{\ln(x)}{x}\times \dfrac{x}{x-1}$.
    Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x}=0$
    D’après la limite du quotient des termes de plus haut degré $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{x}{x-1}=\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{x}{x}=1$.
    Ainsi $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=0$ : $C_g$ admet une asymptote horizontale d’équation $y=0$.
    $\quad$
    $C_g$ ne peut avoir d’asymptote verticale qu’en $1$.
    Pour tout réel $x\in ]1;+\infty[$ on a $g(x)=\dfrac{\ln(x)-\ln(1)}{x-1}$.
    Ainsi $g(x)$ est le taux d’accroissement de la fonction $\ln$ entre $1$ et $x$.
    Donc $\lim\limits_{x\to 1^+} g(x)=\ln'(1)=\dfrac{1}{1}$.
    $C_g$ n’a pas d’asymptote verticale.
    Réponse c
    $\quad$
  5. $h$ est définie sur $]0;2]$. Par conséquent :
    $\begin{align*} h(x)=0&\ssi 1+2\ln(x)=0 \\
    &\ssi 2\ln(x)=-1 \\
    &\ssi \ln(x)=-0,5 \\
    &\ssi x=\e^{-0,5}\end{align*}$
    Or $\e^{-0,5}\in \left[\dfrac{1}{\e};2\right]$.
    Réponse b
    $\quad$
  6. D’une part
    $\begin{align*} h\left(\sqrt{\e}\right)&=\left(\sqrt{\e}\right)^2\left(1+2\ln\left(\sqrt{\e}\right)\right) \\
    &=\e\left(1+2\times \dfrac{1}{2}\ln(\e)\right) \\
    &=2\e\end{align*}$
    D’autre part
    $\begin{align*} h’\left(\sqrt{\e}\right)&=4\left(\sqrt{\e}\right)\left(1+\ln\left(\sqrt{\e}\right)\right) \\
    &=4\sqrt{e}\left(1+\dfrac{1}{2}\right)\\
    &=6\sqrt{\e}\end{align*}$
    Une équation de la tangente à $C_h$ au point d’abscisse $\sqrt{\e}$ est donc $y=6\sqrt{\e}\left(x-\sqrt{\e}\right)+2\e$
    Or
    $\begin{align*} 6\sqrt{\e}\left(x-\sqrt{\e}\right)+2\e&=6\sqrt{\e}x-6\e+2\e \\
    &=6\sqrt{\e}x-4\e \\
    &=\left(6\e^{1/2}\right).x-4\e\end{align*}$
    Réponse d
    $\quad$
  7. Pour tout réel $x\in ]0;2]$ on a
    $\begin{align*} h\dsec(x)&=4\left(1+\ln(x)\right)+4x\times \dfrac{1}{x} \\
    &=4+4\ln(x)+4 \\
    &=8+4\ln(x)\end{align*}$
    $\begin{align*} h\dsec(x)>0&\ssi 8+4\ln(x)>0 \\
    &\ssi 4\ln(x)>8 \\
    &\ssi \ln(x)>0,5 \\
    &\ssi x>\sqrt{\e}\end{align*}$.
    On a, de même, $h\dsec(x)=0 \ssi x=\sqrt{\e}$.
    $\sqrt{2}\in ]0;2]$.
    La courbe $C_h$ possède donc un unique point d’inflexion sur $]0;2]$.
    Réponse b
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3

Partie A

  1. a. $\lim\limits_{x\to -\infty} 0,5x-2=-\infty$ et $\lim\limits_{X\to -\infty} \e^X=0$ donc $\lim\limits_{x\to -\infty} \e^{0,5x-2}=0$.
    Ainsi $\lim\limits_{x\to -\infty} f(x)=-\infty$.
    $\quad$
    b. Pour tout réel $x$ non nul on a
    $\begin{align*} 1+0,5x\left(2-\dfrac{\e^{0,5x}}{0,5x}\times \e^{-2}\right) &=1+x-\e^{-0,5x}\times \e^{-2} \\
    &=f(x)\end{align*}$
    $\lim\limits_{x\to +\infty} 0,5x=+\infty$ et, par croissances comparées, $\lim\limits_{X\to +\infty} \dfrac{\e^X}{X}=+\infty$.
    Donc $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\e^{0,5x}}{0,5x}=+\infty$.
    Par produit des limites, $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=-\infty$.
    $\quad$
  2. a. Pour tout réel $x$ on a $f'(x)=1-0,5\e^{0,5x-2}$
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} f'(x)<0&\ssi 1-0,5\e^{0,5x-2}<0 \\
    &\ssi -0,5\e^{0,5x-2}<-1 \\
    &\ssi \e^{0,5x-2}>2 \\
    &\ssi 0,5x-2>\ln(2) \\
    &\ssi 0,5x>2+\ln(2) \\
    &\ssi x>4+2\ln(2)\end{align*}$
    Ainsi l’ensemble des solutions de l’inéquation $f'(x)<0$ est bien $\left]4+2\ln(2);+\infty\right[$.
    $\quad$
  3. En raisonnant de la même façon on obtient $f'(x)=0 \ssi x=4+2\ln(2)$.
    On obtient donc le tableau de variations suivant :

    $\begin{align*} f\left(4+2\ln(2)\right)&=1+4+2\ln(2)-\e^{2+\ln(2)-2} \\
    &=5+2\ln(2)-2\\
    &=3+2\ln(2)\end{align*}$
    $\quad$
  4. $4+2\ln(2)>0$.
    La fonction $f$ est donc continue (car dérivable) et strictement croissante sur $[-1;0]$.
    $f(-1)=-\e^{-2,5}<0$ et $f(0)=1-\e^{-2}>0$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $f(x)=0$ admet donc une unique solution sur l’intervalle $[-1;0]$.
    $\quad$

Partie B

  1. a. Pour tout entier naturel $n$ on pose $P(n):~u_n\pp u_{n+1} \pp 4$
    Initialisation : $u_0=0$ et $u_1=2-\e^{-1,5}\approx 1,78$
    Donc $u_0\pp u_1\pp 4$ et $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    La fonction $f$ est strictement croissante sur $\left]-\infty;4+2\ln(2)\right]$ donc sur $[0;4]$.
    $\begin{align*} u_n\pp u_{n+1} \pp 4&\Rightarrow f\left(u_n\right) \pp f\left(u_{n+1}\right) \pp f(4) \\
    &\Rightarrow u_{n+1}\pp u_{n+2}\pp 5-1\end{align*}$
    Par conséquent $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Pour tout entier naturel $n$ on a $u_n \pp u_{n+1} \pp 4$.
    $\quad$
    b. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $4$; elle converge donc vers un réel $\ell$.
    $\quad$
  2. a. $\ell$ est solution de l’équation $x=f(x)$
    $\begin{align*} x=f(x)&\ssi 1+x-\e^{0,5x-2}=x \\
    &\ssi 1-\e^{0,5x-2}=0 \\
    &\ssi \e^{0,5x-2}=1 \\
    &\ssi 0,5x-2=0 \\
    &\ssi 0,5x=2 \\
    &\ssi x=4\end{align*}$
    Ainsi $\ell =4$.
    $\quad$
    b. La fonction $\texttt{valeur}$ renvoie le plus petit entier naturel $n$ tel que $u_n>a$.
    Cela signifie donc le plus petit entier naturel $n$ tel que $u_n>3,99$ est $12$.
    $\quad$

 

Ex 4

Exercice 4

  1. a. On a $R(3;2;0)$ et $\vect{AB}\begin{pmatrix} -4\\4\\0\end{pmatrix}$
    $\quad$
    b. Une équation du plan $\mathscr{P}_1$ est donc de la forme $-4x+4y+d=0$.
    $R(2;2;0)$ appartient au plan $\mathscr{P}_1$ donc $-12+8+d=0 \ssi d=4$.
    Une équation de $\mathscr{P}_1$ est donc $-4x+4y+4=0$ soit $x-y-1=0$.
    $\quad$
    c. $10-9-1=0$ donc $E(10;9;8)$ appartient à $\mathscr{P}_1$.
    $\vect{EA}\begin{pmatrix} -5\\-9\\-9\end{pmatrix}$ et $\vect{EB}\begin{pmatrix} -9\\-5\\-9\end{pmatrix}$
    $\begin{align*} EA&=\sqrt{(-5)^2+(-9)^2+(-9)^2}\\
    &=\sqrt{25+81+81} \\
    &=\sqrt{187}\end{align*}$
    $\begin{align*} EB&=\sqrt{(-9)^2+(-5)^2+(-9)^2}\\
    &=\sqrt{187}\end{align*}$
    On a donc $EA=EB$.
    $\quad$
  2. a. Un vecteur normal au plan $\mathscr{P}_2$ est $\vec{n}\begin{pmatrix}1\\0\\-1\end{pmatrix}$
    $\vect{AB}$ et $\vec{n}$ ne sont pas colinéaires.
    Les plans $\mathscr{P}_1$ et $\mathscr{P}_2$ sont par conséquent sécants.
    $\quad$
    b. Soit $t\in \R$.
    $\begin{align*} (2+t)-(1+t)-1&=2+t-1-t-1 \\
    &=0\end{align*}$
    La droite dont une représentation paramétrique est $\begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=t\end{cases},~(t\in \R)$ est incluses dans le plan $\mathscr{P}_1$.
    $\begin{align*} (2+t)-t-2&=2+t-t-2 \\
    &=0\end{align*}$
    La droite dont une représentation paramétrique est $\begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=t\end{cases},~(t\in \R)$ est incluses dans le plan $\mathscr{P}_2$.
    L’intersection de deux plans et une droite.
    Ainsi une représentation paramétrique de $\Delta$ est $\begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=t\end{cases},~(t\in \R)$.
    $\quad$
  3. $\quad$
    $\begin{align*} \begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=t\\y+z-3=0\end{cases} &\ssi  \begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=t\\1+t+t-3=0\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=t\\t=1\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} t=1\\x=3\\y=2\\z=1\end{cases}\end{align*}$
    La droite $\Delta$ est sécante au plan $\mathscr{P}_3$ en $\Omega(3;2;1)$.
    $\quad$
  4. a. $\Omega$ appartient au plan médiateur de $[AB]$ donc $\Omega A=\Omega B$.
    $\Omega$ appartient au plan médiateur de $[AC]$ donc $\Omega A=\Omega C$.
    $\Omega$ appartient au plan médiateur de $[AD]$ donc $\Omega A=\Omega D$.
    Ainsi $\Omega A=\Omega B=\Omega C=\Omega D$.
    $\quad$
    b. Les points $A$, $B$, $C$ et $D$ appartiennent donc à la sphère de centre $\Omega$ et de rayon $\Omega A$.
    Or
    $\begin{align*} \Omega A&=\sqrt{(5-3)^2+(0-2)^2+(-1-1)^2} \\
    &=\sqrt{4+4+4} \\
    &=2\sqrt{3}\end{align*}$
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Thème : probabilités

Dans une station de ski, il existe deux types de forfait selon l’âge du skieur :

  • un forfait JUNIOR pour les personnes de moins de vingt-cinq ans ;
  • un forfait SÉNIOR pour les autres.

Par ailleurs, un usager peut choisir, en plus du forfait correspondant à son âge,
l’option coupe-file qui permet d’écourter le temps d’attente aux remontées
mécaniques.

On admet que :

  • $20\%$ des skieurs ont un forfait JUNIOR ;
  • $80\% des skieurs ont un forfait SÉNIOR ;
  • parmi les skieurs ayant un forfait JUNIOR, $6\%$ choisissent l’option coupe-file ;
  • parmi les skieurs ayant un forfait SÉNIOR, $12,5\%$ choisissent l’option coupe-file.

On interroge un skieur au hasard et on considère les événements :

  • $J$ : « le skieur a un forfait JUNIOR » ;
  • $C$ : « le skieur choisit l’option coupe-file ».

Les deux parties peuvent être traitées de manière indépendante.

Partie A

  1. Traduire la situation par un arbre pondéré.
    $\quad$
  2. Calculer la probabilité $P(J\cap C)$.
    $\quad$
  3. Démontrer que la probabilité que le skieur choisisse l’option coupe-file
    est égale à $0,112$.
    $\quad$
  4. Le skieur a choisi l’option coupe-file. Quelle est la probabilité qu’il s’agisse d’un skieur ayant un forfait SÉNIOR ? Arrondir le résultat à $10^{-3}$.
    $\quad$
  5. Est-il vrai que les personnes de moins de vingt-cinq ans représentent moins de $15\%$ des skieurs ayant choisi l’option coupe-file ? Expliquer.
    $\quad$

Partie B
On rappelle que la probabilité qu’un skieur choisisse l’option coupe-file est
égale à $0,112$.

On considère un échantillon de $30$ skieurs choisis au hasard.

Soit $X$ la variable aléatoire qui compte le nombre des skieurs de l’échantillon ayant choisi l’option coupe-file.

  1. On admet que la variable aléatoire $X$ suit une loi binomiale.
    Donner les paramètres de cette loi.
    $\quad$
  2. Calculer la probabilité qu’au moins un des $30$ skieurs ait choisi l’option coupe-file.
    Arrondir le résultat à $10^{-3}$.
    $\quad$
  3. Calculer la probabilité qu’au plus un des $30$ skieurs ait choisi l’option coupe-file.
    Arrondir le résultat à $10^{-3}$.
    $\quad$
  4. Calculer l’espérance mathématique de la variable aléatoire $X$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Thème : suites, fonctions, fonction logarithme

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. Un récipient contenant initialement $1$ litre d’eau est laissé au soleil.
    Toutes les heures, le volume d’eau diminue de $15\%$.
    Au bout de quel nombre entier d’heures le volume d’eau devient-il inférieur à un quart de litre ?
    a. $2$ heures
    b. $8$ heures
    c. $9$ heures
    d. $13$ heures
    $\quad$
  2. On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par $u_{n+1}=\dfrac{1}{2}u_n+3$ et $u_0=6$. On peut affirmer que :
    a. la suite $\left(u_n\right)$ est strictement croissante.
    b. la suite $\left(u_n\right)$ est strictement décroissante.
    c. la suite $\left(u_n\right)$ n’est pas monotone.
    d. la suite $\left(u_n\right)$ est constante.
    $\quad$
  3. On considère la fonction $f$ définie sur l’intervalle $]0;+\infty[$ par $f(x)=4\ln(3x)$
    Pour tout réel $x$ de l’intervalle $]0;+\infty[$ , on a :
    a. $f(2x)=f(x)+\ln(24)$
    b. $f(2x)=f(x)+\ln(16)$
    c. $f(2x)=\ln(2)+f(x)$
    d. $f(2x)=2f(x)$
    $\quad$
  4. On considère la fonction $g$ définie sur l’intervalle $]1;+\infty[$ par :
    $$g(x)\dfrac{\ln(x)}{x-1}$$
    On note $\mathcal{C}_g$ la courbe représentative de la fonction $g$ dans un repère orthogonal.
    La courbe $\mathcal{C}_g$ admet :
    a. une asymptote verticale et une asymptote horizontale.
    b. une asymptote verticale et aucune asymptote horizontale.
    c. aucune asymptote verticale et une asymptote horizontale.
    d. aucune asymptote verticale et aucune asymptote horizontale.
    $\quad$

Dans la suite de l’exercice, on considère la fonction $h$ définie sur l’intervalle $]0 ; 2]$ par : $$h(x) = x^2\left(1 + 2 \ln(x)\right)$$
On note $\mathcal{C}_h$ la courbe représentative de $h$ dans un repère du plan.
On admet que $h$ est deux fois dérivable sur l’intervalle $]0 ; 2]$.
On note $h’$ sa dérivée et $h\dsec$ sa dérivée seconde.

On admet que, pour tout réel $x$ de l’intervalle $]0 ; 2]$, on a :$$h'(x)=4x\left(1+\ln(x)\right)$$

  1. Sur l’intervalle $\left[\dfrac{1}{\e};2\right]$, la fonction $h$ s’annule :
    a. exactement $0$ fois.
    b. exactement $1$ fois.
    c. exactement $2$ fois.
    d. exactement $3$ fois.
    $\quad$
  2. Une équation de la tangente à $\mathcal{C}_h$ au point d’abscisse $\sqrt{\e}$ est :
    a. $y=\left(6\e^{\frac{1}{2}}\right).x$
    b. $y=\left(6\sqrt{\e}\right).x+2\e$
    c. $y=6\e^{\frac{x}{2}}$
    d. $y=\left(6\e^{\frac{1}{2}}\right).x-4\e$
    $\quad$
  3. Sur l’intervalle $]0 ; 2]$, le nombre de points d’inflexion de la courbe $\mathcal{C}_h$ est égal à :
    a. $0$
    b. $1$
    c. $2$
    d. $3$
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : suites, fonctions, fonction exponentielle

Partie A

On considère la fonction $f$ définie pour tout réel $x$ par : $$f(x)=1+x-\e^{0,5x-2}$$
On admet que la fonction $f$ est dérivable sur $\R$. On note $f’$ sa dérivée.

  1. a. Déterminer la limite de la fonction $f$ en $-\infty$.
    $\quad$
    b. Démontrer que, pour tout réel $x$ non nul, $f(x) = 1 + 0,5x\left(2-\dfrac{\e^{0,5x}}{0,5x}\times \e^{-2}\right)$.
    En déduire la limite de la fonction $f$ en $+\infty$.
    $\quad$
  2. a. Déterminer $f'(x)$ pour tout réel $x$.
    $\quad$
    b. Démontrer que l’ensemble des solutions de l’inéquation $f'(x)<0$ est
    l’intervalle $]4 + 2\ln(2) ; +\infty[$.
    $\quad$
  3. Déduire des questions précédentes le tableau de variation de la fonction $f$ sur $\R$.
    On fera figurer la valeur exacte de l’image de $4 + 2\ln(2)$ par $f$.
    $\quad$
  4. Montrer que l’équation $f(x) = 0$ admet une unique solution sur l’intervalle $[-1; 0]$.
    $\quad$

Partie B

On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie par $u_0=0$ et, pour tout entier naturel $n$ ,
$$u_{n+1}=f\left(u_n\right) \text{ où } f \text{ est la fonction définie à la }\textbf{ partie A.}$$

  1. a. Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$ , on a : $$u_n\pp u_{n+1}\pp 4$$
    $\quad$
    b. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ converge. On notera $\ell$ la limite.
    $\quad$
  2. a. On rappelle que $\ell$ vérifie la relation $\ell=f(\ell)$.
    Démontrer que $\ell = 4$.
    $\quad$
    b. On considère la fonction $\texttt{valeur}$ écrite ci-dessous dans le langage Python :
    $\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def valeur(a):}\\
    \quad\text{u=0}\\
    \quad\text{n=0}\\
    \quad\text{while u<=a:}\\
    \qquad\text{u=1+u-exp(0.5*u-2)}\\
    \qquad\text{n=n+1}\\
    \quad\text{return n}\\
    \hline
    \end{array}$
    L’instruction $\texttt{valeur(3.99)}$ renvoie la valeur $12$.
    Interpréter ce résultat dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : Géométrie dans l’espace

L’espace est muni d’un repère orthonormé $\Oijk$.
On considère les points $A(5 ; 0 ; -1)$, $B(1 ; 4 ; -1)$, $C(1 ; 0 ; 3)$, $D(5 ; 4 ; 3)$ et $E(10 ; 9 ; 8)$

  1. a. Soit $R$ le milieu du segment $[AB]$.
    Calculer les coordonnées du point $R$ ainsi que les coordonnées du vecteur $\vect{AB}$.
    $\quad$
    b. Soit $\mathcal{P}_1$ le plan passant par le point $R$ et dont $\vect{AB}$ est un vecteur normal.
    Démontrer qu’une équation cartésienne du plan $\mathcal{P}_1$ est :
    $$x-y-1=0$$
    $\quad$
    c. Démontrer que le point $E$ appartient au plan $\mathcal{P}_1$ et que $EA = EB$.
    $\quad$
  2. On considère le plan $\mathcal{P}_2$ d’équation cartésienne $x-z-2=0$.
    a. Justifier que les plans $\mathcal{P}_1$ et $\mathcal{P}_2$ sont sécants.
    $\quad$
    b. On note $\Delta$ la droite d’intersection de $\mathcal{P}_1$ et $\mathcal{P}_2$ .
    Démontrer qu’une représentation paramétrique de la droite $\Delta$ est :$$\begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=t\end{cases} \quad (t\in \R)$$
    $\quad$
  3. On considère le plan $\mathcal{P}_3$ d’équation cartésienne $z+z-3=0$.
    Justifier que la droite $\Delta$ est sécante au plan $\mathcal{P}_3$ en un point $\Omega$ dont on déterminera les coordonnées.

Si $S$ et $T$ sont deux points distincts de l’espace, on rappelle que l’ensemble des points $M$ de l’espace tels que $MS = MT$ est un plan, appelé plan médiateur du segment $[ST]$.
On admet que les plans $\mathcal{P}_1$, $\mathcal{P}_2$ et $\mathcal{P}_3$ sont les plans médiateurs respectifs des segments $[AB]$, $[AC]$ et $[AD]$.

  1. a. Justifier que $\Omega A = \Omega B = \Omega C = \Omega D$.
    $\quad$
    b. En déduire que les points $A$, $B$, $C$ et $D$ appartiennent à une même sphère dont on précisera le centre et le rayon.
    $\quad$

$\quad$

 

 

 

Bac – Spécialité mathématiques – Centres étrangers – sujet 2 – 12 mai 2022

Centres étrangers – 12 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 2- Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. La fonction $f$ est dérivable sur $\R$ en tant que quotient de fonctions dérivables dont le dénominateur ne s’annule pas.
    Pour tout réel $x$ on a :
    $\begin{align*} f'(x)&=\dfrac{1\times\e^x-x\e^x}{\left(\e^x\right)^2} \\
    &=\dfrac{(1-x)\e^x}{\e^{2x}} \\
    &=\dfrac{1-x}{\e^x} \\
    &=(1-x)\e^{-x}\end{align*}$
    Réponse C
    $\quad$
  2. La fonction $f\dsec$ semble donc strictement positive sur $]-3;-1[$ et strictement négative sur $]-1;1[$.
    La fonction $f’$ semble donc croissante sur $[-3;-1]$ et strictement décroissante sur $[-1;1]$.
    Ainsi $f’$ admet un maximum en $x=-1$.
    Réponse D
    $\quad$
  3. On considère la fonction $F$ définie sur $\R$ par $F(x)=-\dfrac{1}{2}\left(x^2+1\right)\e^{-x^2}$.
    Elle est dérivable sur $\R$ en tant que produit et composée de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$
    $\begin{align*} F'(x)&=-\dfrac{1}{2}\left(2x\e^{-x^2}+\left(x^2+1\right)\times (-2x)\e^{-x^2}\right)\\
    &=-\dfrac{1}{2}\left(2x\e^{-x^2}-2x^3\e^{-x^2}-2x\e^{-x^2}\right) \\
    &=-\dfrac{1}{2}\times \left(-2x^3\right) \e^{-x^2}\\
    &=f(x)\end{align*}$
    Réponse C
    $\quad$
  4. Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} \dfrac{\e^x+1}{\e^x-1}&=\dfrac{\e^x\left(1+\e^{-x}\right)}{\e^x\left(1-\e^{-x}\right)} \\
    &=\dfrac{1+\e^{-x}}{1-\e^{-x}}\end{align*}$
    Or $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^{-x}=0$.
    Donc $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\e^x+1}{\e^x-1}=1$.
    Réponse B
    $\quad$
  5. Une primitive de la fonction $f$ est la fonction $F$ définie sur $\R$ par $F(x)=\dfrac{1}{2}\e^{2x+1}+K$
    $\begin{align*} F(0)=1&\ssi \dfrac{1}{2}\e+K=1 \\
    &\ssi K=1-\dfrac{1}{2}\e\end{align*}$
    Donc, pour tout réel $x$, $F(x)=\dfrac{1}{2}\e^{2x+1}+1-\dfrac{1}{2}\e$.
    Réponse C
    $\quad$
  6. La fonction $f$ semble concave sur $[-2;1]$ et convexe sur $[1;4]$.
    Par conséquent $f\dsec(x)$ est négatif sur $[-2;1]$ et positif sur $[1;4]$ en ne s’annulant qu’en $1$.
    Réponse A
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

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

    $\quad$
    c. La fonction $f$ est strictement décroissante sur $\left]0;\e^{-1}\right[$
    Donc pour tout $x\in \left]0;\e^{-1}\right]$ on a $0<1-\e^{-1}\pp f(x) <1$.
    $f(1)=1$.
    La fonction $f$ est strictement croissante sur $\left]0;\e^{-1}\right[$
    Donc pour tout $x\in \left[\e^{-1};1\right[$ on a $0<1-\e^{-1}\pp f(x) < 1$.
    Ainsi, pour tout $x\in [0;1]$ on a $0<f(x)<1$.
    $\quad$
  3. a. $f'(1)=1$ et $f(1)=1$
    Une équation de $(T)$ est donc $y=1\times (x-1)+1$ soit $y=x$.
    $\quad$
    b. La fonction $f’$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme de fonctions dérivables.
    Pour tout réel $x\in ]0;+\infty[$ on a $f\dsec(x)=\dfrac{1}{x}>0$.
    La fonction $f$ est donc convexe sur $]0;+\infty[$.
    $\quad$
    c. La courbe $C_f$ est donc au-dessus de toutes ses tangentes en particulier au-dessus de $T$.
    Donc, pour tout réel $x$ strictement positif, $f(x)\pg x$.
    $\quad$
  4. a. Pour tout entier naturel $n$ on pose $P(n):~0<u_n<1$.
    Initialisation : $u_0\in ]0;1[$ par définition. Donc $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    On a $0<u_n<1$ donc, d’après la question 2.c., $0<f\left(u_n\right)<1$ soit $0<u_{n+1}<1$.
    $P(n+1)$ est donc vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$ on a $0<u_n<1$.
    $\quad$
    b. Soit $n\in \N$
    D’après la question 3.c. on a $f\left(u_n\right)\pg u_n$ soit $u_{n+1}\pg u_n$.
    La suite $\left(u_n\right)$ est donc croissante.
    $\quad$
    c. La suite $\left(un\right)$ est croissante et majorée par $1$. Elle est donc convergente.
    $\quad$

 

 

 

Ex 3

Exercice 3

  1. $\vect{AB}\begin{pmatrix}3\\3\\3\end{pmatrix}$, $\vect{AC}\begin{pmatrix}3\\0\\-3\end{pmatrix}$ et $\vect{AD}\begin{pmatrix}-3\\6\\-3\end{pmatrix}$
    $A$, $B$, $C$ et $D$ sont coplanaires si, et seulement si, il existe deux réels $x$ et $y$ tels que :
    $\begin{align*} \vect{AD}=x\vect{AB}+y\vect{AC}&\ssi \begin{cases} 3x+3y&=-3\\3x&=6\\3x-3y&=-3\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x+y&=-3\\x&=2\\x-y&=-1\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=2\\y=-5\\y=3\end{cases}\end{align*}$
    Les deux dernières lignes du système sont incompatibles.
    Les points $A$, $B$, $C$ et $D$ ne sont donc pas coplanaires.
    $\quad$
  2. a.
    $\begin{align*} \vect{AB}.\vect{AC}&=3\times 3+3\times 0+3\times (-3) \\
    &=9+0-9\\
    &=0\end{align*}$
    Ces deux vecteurs sont orthogonaux.
    Le triangle $ABC$ est donc rectangle en $A$.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} \vect{AD}.\vect{AB}&=-3\times 3+6\times 3+(-3)\times 3 \\
    &=-9+18-9 \\
    &=0\end{align*}$
    $\begin{align*} \vect{AD}.\vect{AC}&=-3\times 3+6\times 0+(-3)\times (-3) \\
    &=-9+0+9 \\
    &=0\end{align*}$
    Le vecteur $\vect{AD}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires (ils sont orthogonaux d’après la question précédente) du plan $(ABC)$.
    La droite $(AD)$ est par conséquent perpendiculaire au plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*} AD&=\sqrt{(-3)^2+6^2+(-3)^2} \\
    &=\sqrt{9+36+9} \\
    &=\sqrt{54}\end{align*}$
    $\begin{align*} AB&=\sqrt{3^2+3^2+3^2} \\
    &=\sqrt{9+9+9} \\
    &=\sqrt{27}\end{align*}$
    $\begin{align*} AC&=\sqrt{3^2+0^2+(-3)^2} \\
    &=\sqrt{9+0+9} \\
    &=\sqrt{18}\end{align*}$
    L’aire du triangle $ABC$ est
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{AB\times AC}{2} \\
    &=\dfrac{\sqrt{27}\times \sqrt{18}}{2}\\
    &=\dfrac{9\sqrt{6}}{2}\end{align*}$
    Par conséquent le volume du tétraèdre $ABCD$ est
    $\begin{align*} \mathscr{V}&=\dfrac{1}{3}\times AD\times \mathscr{A} \\
    &=\dfrac{1}{3}\times \sqrt{54}\times \dfrac{9\sqrt{6}}{2}\\
    &=27\end{align*}$
    $\quad$
  3. a. $\vect{BH}\begin{pmatrix}-1\\-1\\-4\end{pmatrix}$, $\vect{BC}\begin{pmatrix}0\\-3\\-6\end{pmatrix}$ et $\vect{BD}\begin{pmatrix}-6\\3\\-6\end{pmatrix}$
    $\begin{align*} \vect{BH}=\alpha\vect{BC}+\beta\vect{BD}&\ssi \begin{cases} -6\beta&=-1 \\
    -3\alpha+3\beta&=-1\\
    -6\alpha-6\beta&=-4\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} \beta=\dfrac{1}{6}\\\alpha=\dfrac{1}{2}\end{cases}\end{align*}$
    Par conséquent $\vect{BH}=\dfrac{1}{2}\vect{BC}+\dfrac{1}{6}\vect{BD}$.
    $\quad$
    b. $\vect{AH}\begin{pmatrix}2\\2\\-1\end{pmatrix}$
    $\begin{align*} \vect{AH}.\vect{BC}&=2\times 0+2\times (-3)+(-1)\times (-6) \\
    &=0\end{align*}$
    $\begin{align*} \vect{AH}.\vect{BD}&=2\times (-6)+2\times 3+(-1)\times (-6) \\
    &=0\end{align*}$
    Le vecteur $\vect{AH}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(BCD)$.
    C’est donc un vecteur normal à ce plan.
    D’après la question précédente, $H$ appartient au plan $(BCD)$.
    Donc $H$ est le projeté orthogonal du point $A$ sur le plan $(BCD)$.
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*} AH&=\sqrt{2^2+2^2+(-1)^2} \\
    &=\sqrt{9} \\
    &=3\end{align*}$
    La distance du point $A$ au plan $(BCD)$ est égale à $3$ unités de longueur.
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4

  1. a. On appelle :
    $\bullet ~~N_i$ l’événement « le jeton tiré lors du $i$-ème tirage est noir » ;
    $\bullet ~~B_i$ l’événement « le jeton tiré lors du $i$-ème tirage est blanc ».
    On obtient donc l’arbre pondéré suivant :
    $ \quad$
    $\quad$
    b. La probabilité de perdre $9$ € sur une partie est égale à :
    $\begin{align*} P\left(B_1\cap B_2\right)&=P\left(B_1\right)\times P_{B_1}\left(B_2\right) \\
    &=\dfrac{3}{5}\times \dfrac{3}{5} \\
    &=\dfrac{9}{5}\end{align*}$
    $\quad$
  2. a. À chaque tirage, la probabilité de tirer un jeton noir vaut $\dfrac{3}{N+3}$ et la probabilité de tirer un jeton blanc vaut $\dfrac{N}{N+3}$.
    La probabilité de tirer deux jetons blancs est égale à $\left(\dfrac{3}{N+3}\right)^2$.
    La probabilité de tirer deux jetons noirs est égale à $\left(\dfrac{N}{N+3}\right)^2$.
    Par conséquent la probabilité de tirer deux jetons de couleurs différentes est égale à :
    $\begin{align*} p&=1-\left(\dfrac{3}{N+3}\right)^2-\left(\dfrac{N}{N+3}\right)^2 \\
    &=1-\dfrac{9}{(N+3)^2}-\dfrac{N^2}{(N+3)^2} \\
    &=\dfrac{(N+3)^2-9-N^2}{(N+3)^2} \\
    &=\dfrac{N^2+6N+9-9-N^2}{(N+3)^2} \\
    &=\dfrac{6N}{(N+3)^2}\end{align*}$
    On obtient ainsi la loi de probabilité suivante :
    $\begin{array}{|c|c|c|c|}
    \hline
    x&-9&-1&5\\
    \hline
    P(X=x)&\dfrac{9}{(N+3)^2}&\dfrac{N^2}{(N+3)^2}&\dfrac{6N}{(N+3)^2}\\
    \hline
    \end{array}$
    $\quad$
    b. Le discriminant de $-x^2+30x-81$ est $\Delta=576>0$.
    Les racines de $-x^2+3x-81$ sont donc $x_1=\dfrac{-30-\sqrt{576}}{-2}=27$ et $x_1=\dfrac{-30+\sqrt{576}}{-2}=3$.
    Le coefficient principal du polynôme du second degré est $a=-1<0$.
    Par conséquent l’ensemble solution de $-x^2+3x-81>0$ est $]3;27[$.
    $\quad$
    c. Le jeu est favorable au joueur si, et seulement si, l’espérance de $X$ est strictement positive.
    $\begin{align*} E(X)>0&\ssi -9\times \dfrac{9}{(N+3)^2}-1\times \dfrac{N^2}{(N+3)^2}+5\times \dfrac{6N}{(N+3)^2}>0 \\
    &\ssi -81-N^2+30N>0\end{align*}$
    D’après la question précédente, le jeu est favorable au joueur si, et seulement si, $N$ est un entier naturel compris entre $4$ et $26$, tous les deux inclus.
    $\quad$
    d. On considère la fonction $g$ définie sur $[0;+\infty[$ par $g(x)=\dfrac{-x^2+30x-81}{(x+3)^2}$.
    Elle est dérivable sur $[0;+\infty[$ en tant que quotient de fonctions dérivables dont le dénominateur ne s’annule pas.
    Pour tout réel $x\in[0;+\infty[$ on a
    $\begin{align*} g'(x)&=\dfrac{(-2x+30)(x+3)^2-2(x+3)\left(-x^2+30x-81\right)}{(x+3)^4} \\
    &=\dfrac{(-2x+30)(x+3)-2\left(-x^2+30x-81\right)}{(x+3)^3} \\
    &=\dfrac{-2x^2-6x+30x+90+2x^2-60x+162}{(x+3)^3}\\
    &=\dfrac{-36x+252}{(x+3)^3}\end{align*}$
    $g'(x)$ est donc du signe de $-36x+252$ sur $[0;+\infty[$.
    Or $-36x+252>0\ssi -36x>-252 \ssi x<7$.
    Par conséquent $g$ est strictement croissante sur $[0;7]$ et strictement décroissante sur $[7;+\infty[$.
    Elle atteint donc son maximum pour $x=7$.
    Or $E(X)=g(N)$ et $7\in [4;26]$.
    Le gain moyen est donc maximal s’il y a $7$ jetons noirs.
    $\quad$
  3. $N=7$ donc $P(X=5)=0,42$.
    On répète $10$ fois de façons indépendantes la même expérience de Bernoulli. On appelle $Y$ la variable aléatoire comptant le nombre de joueur ayant gagné $5$ euros.
    $Y$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=10$ et $p=0,42$.
    $\begin{align*} P(Y\pg 1)&=1-P(Y=0) \\
    &=1-(1-0,42)^{10} \\
    &=1-0,58^{10}\\
    &\approx 0,996\end{align*}$
    La probabilité d’avoir au moins un joueur gagnant $5$ euros est environ égale à $0,996$.
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Thème : Fonction exponentielle

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

Une réponse incorrecte, une réponse multiple ou l’absence de réponse à une question en 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 $f$ la fonction définie sur $\R$ par $$f(x)=\dfrac{x}{\e^x}$$
    On suppose que $f$ est dérivable sur $\R$ et on note $f’$ sa fonction dérivée.
    a. $f'(x)=\e^{-x}$
    b. $f'(x)=x\e^{-x}$
    c. $f'(x)=(1-x)\e^{-x}$
    d. $f'(x)=(1+x)\e^{-x}$
    $\quad$
  2. Soit $f $ une fonction deux fois dérivable sur l’intervalle $[-3;1]$. On donne ci-dessous la représentation graphique de sa fonction dérivée seconde $f\dsec$.
    On peut alors affirmer que :
    a. La fonction $f$ est convexe sur l’intervalle $[-1;1]$
    b. La fonction $f$ est concave sur l’intervalle $[-2;0]$
    c. La fonction $f’$ est décroissante sur l’intervalle $[-2;0]$
    d. La fonction $f’$ admet un maximum en $x=-1$
    $\quad$
  3. On considère la fonction $f$ définie sur $\R$ par :
    Une primitive $F$ de la fonction $f$ est définie sur $\R$ par :
    a. $F(x)=-\dfrac{1}{6}\left(x^3+1\right)\e^{-x^2}$
    b. $F(x)=-\dfrac{1}{4}x^4\e^{-x^2}$
    c. $F(x)=-\dfrac{1}{2}\left(x^2+1\right)\e^{-x^2}$
    d. $F(x)=x^2\left(3-2x^2\right)\e^{-x^2}$
    $\quad$
  4. Que vaut  $$\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\e^x+1}{\e^x-1}$$
    a $-1$
    b. $1$
    c. $+\infty$
    d. N’existe pas
    $\quad$
  5. On considère la fonction $f$ définie sur $\R$ par $f(x)=\e^{2x+1}$.
    La seule primitive de $F$ sur $\R$ de la fonction $f$ telle que $F(0)=1$ est la fonction :
    a. $x\mapsto 2\e^{2x+1}-2\e+1$
    b. $x\mapsto \e^{2x+1}-\e$
    c. $x\mapsto \dfrac{1}{2}\e^{2x+1}-\dfrac{1}{2}\e+1$
    d. $x\mapsto \e^{x^2+x}$
    $\quad$
  6. Dans un repère, on a tracé ci-dessous la courbe représentative d’une fonction $f$ définie et deux fois dérivable sur $[-2;4]$.
    a.
    b.

    c.

    d.

    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Thème : Fonction logarithme et suite

Soit $f$ la fonction définie sur l’intervalle $]0;+\infty[$ par $$f(x)=x\ln(x)+1$$

On note $C_f$ sa courbe représentative dans un repère du plan.

  1. Déterminer la limite de la fonction $f$ en $0$ ainsi que sa limite en $+\infty$.
    $\quad$
  2. a. On admet que $f$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ et on notera $f’$ sa fonction dérivée.
    Montrer que pour tout réel $x$ strictement positif : $$f'(x)=1+\ln(x)$$
    $\quad$
    b. En déduire le tableau de variation de la fonction $f$ sur $]0;+\infty[$.
    On y fera figurer la valeur exacte de l’extremum de $f$ sur $]0;+\infty[$ et les limites.
    $\quad$
    c. Justifier que pour tout $x\in ]0;1[$, $f(x)\in ]0;1[$.
    $\quad$
  3. a. Déterminer une équation de la tangente $(T)$ à la courbe $C_f$ au point d’abscisse $1$.
    $\quad$
    b. Étudier la convexité de la fonction $f$ sur $]0;+\infty[$.
    $\quad$
    c. En déduire que pour tout réel $x$ strictement positif $$f(x)\pg x$$
    $\quad$
  4. On définit la suite $\left(u_n\right)$ par son premier terme $u_0$ élément de l’intervalle $]0;1[$ et pour tout entier naturel $n$ : $$u_{n+1}=f\left(u_n\right)$$
    a. Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel $n$, on a $0<u_n<1$.
    $\quad$
    b. Déduire de la question 3c la croissance de la suite $\left(u_n\right)$.
    $\quad$
    c. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : Géométrie dans l’espace

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

On considère les points $A(3;-2;2)$, $B(6;1;5)$, $C(6;-2;-1)$ et $D(0;4;-1)$.

On rappelle que le volume d’un tétraèdre est donné par la formule : $$V=\dfrac{1}{3}\mathscr{A}\times h$$
où $\mathscr{A}$ est l’aire de la base et $h$ la hauteur correspondante.

  1. Démontrer que les points $A$, $B$, $C$ et $D$ ne sont pas coplanaires.
    $\quad$
  2. a. Montrer que le triangle $ABC$ est rectangle.
    $\quad$
    b. Montrer que la droite $(AD)$ est perpendiculaire au plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c. En déduire le volume du tétraèdre $ABCD$.
    $\quad$
  3. On considère le point $H(5;0;1)$.
    a. Montrer qu’il existe des réels $\alpha$ et $\beta$ tels que $\vect{BH}=\alpha \vect{BC}+\beta\vect{BD}$.
    $\quad$
    b. Démontrer que $H$ est le projeté orthogonal du point $A$ sur le plan $(BCD)$.
    $\quad$
    c. En déduire ma distance du point $A$ au plan $(BCD)$.
    $\quad$
  4. Déduire des questions précédentes l’aire du triangle $BCD$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points

Thème : Probabilités

Une urne contient des jetons blancs et noirs tous indiscernables au toucher.

Un partie consiste à prélever au hasard successivement et avec remise deux jetons de cette urne.

On établit la règle de jeu suivante :

  • un joueur perd $9$ euros si les deux jetons tirés sont de couleur blanche;
  • un joueur perd $1$ euro si les deux jetons tirés sont de couleur noire;
  • un joueur gagne $5$ euros si les deux jetons tirés sont de couleurs différentes.
  1. On considère que l’urne contient $2$ jetons noirs et $3$ jetons blancs.
    a. Modéliser la situation à l’aide d’un arbre pondéré.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité de perdre $9$ € sur une partie.
    $\quad$
  2. On considère maintenant que l’urne contient $2$ jetons blancs et au moins deux jetons noirs mais on ne connait pas le nombre exact de jetons noirs. On appellera $N$ le nombre de jetons noirs.
    a. Soit $X$ la variable aléatoire donnant le gain du jeu pour une partie.
    Déterminer la loi de probabilité de cette variable aléatoire.
    $\quad$
    b. Résoudre l’inéquation pour $x$ réel : $$-x^2+30x-81>0$$
    $\quad$
    c. En utilisant le résultat de la question précédente, déterminer le nombre de jetons noirs que l’une doit contenir afin que ce jeu soit favorable au joueur.
    $\quad$
    d. Combien de jetons noirs le joueur doit-il demander afin d’obtenir un gain moyen maximal?
    $\quad$
  3. On observe $10$ joueurs qui tentent leur chance en effectuant une partie de ce jeu, indépendamment les uns des autres. On suppose que $7$ jetons noirs ont été placés dans l’urne (avec $3$ jetons blancs). Quelle est la probabilité d’avoir au moins $1$ joueur gagnant $5$ euros?
    $\quad$

$\quad$

 

 

Bac – Spécialité mathématiques – Métropole – sujet 2 – 12 mai 2022

Métropole – 12 mai 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 suivant :
    $\quad$
    $\quad$
  2. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(M\cap T)&=P(M)\times P_M(T) \\
    &=0,7\times 0,97 \\
    &=0,679\end{align*}$
    La probabilité que le coyote soit malade et que son test soit positif est égale à $0,679$.
    $\quad$
  3. $\left(M,\conj{M}\right)$ forme un système complet d’événements finis.
    D’après la formule des probabilités totales :
    $\begin{align*} P(T)&=P(M\cap T)+P\left(\conj{M}\cap T\right)
    &=0,679+P\left(\conj{M}\right)\times P_{\conj{M}}(T)\\
    &=0,679+0,3\times 0,05 \\
    &=0,694\end{align*}$
    La probabilité de $T$ est égale à $0,694$.
    $\quad$
  4. On veut calculer :
    $\begin{align*} P_T(M)&=\dfrac{P(T\cap M)}{P(T)} \\
    &=\dfrac{0,679}{0,694} \\
    &\approx 0,978\end{align*}$
    La valeur prédictive positive du test est environ égale à $0,978$.
    $\quad$
  5. a. La valeur prédictive négative du test est la probabilité que le coyote ne soit pas malade sachant que son test est négatif.
    On veut calculer :
    $\begin{align*} P_{\conj{T}}\left(\conj{M}\right))&=\dfrac{P\left(\conj{T}\cap \conj{M}\right)}{P\left(\conj{T}\right)} \\
    &=\dfrac{0,3\times 0,95}{1-0,694} \\
    &\approx 0,931 \end{align*}$
    La valeur prédictive négative du test est environ égale à $0,931$.
    $\quad$
    b. La valeur prédictive positive du test est donc supérieure à la valeur prédictive négative du test.
    Il est donc plus probable que le coyote soit malade quand le test est positif qu’il ne soit pas malade quand le test est négatif.
    $\quad$

Partie B

  1. a. On répète $5$ fois de façon indépendante la même expérience de Bernoulli. $X$ compte le nombre de coyote ayant un test positif.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=5$ et $p=0,694$.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} P(X=1)&=\dbinom{5}{1}\times 0,694^1 \times (1-0,694)^{5-1} \\
    &\approx 0,03\end{align*}$.
    La probabilité que dans cet échantillon de cinq coyote capturés au hasard, un seul ait un test positif est environ égale à $0,03$.
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*} P(X\pg 4)&=P(X=4)+P(X=5) \\
    &=\dbinom{5}{4}\times 0,694^4 \times (1-0,694)^{1}+\dbinom{5}{5}\times 0,694^5 \\
    &\approx 0,516\\
    &>0,5\end{align*}$
    L’affirmation est donc vraie.
    $\quad$
  2. On répète $n$ fois de façon indépendante la même expérience de Bernoulli. La variable aléatoire $Y$ compte le nombre de coyote ayant un test positif.
    $Y$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n$ et $p=0,694$.
    $\begin{align*} P(Y\pg 1)>0,99&\ssi 1-P(Y=0)>0,99 \\
    &\ssi P(Y=0)<0,01 \\
    &\ssi (1-0,694)^n<0,01 \\
    &\ssi 0,306^n <0,01 \\
    &\ssi n\ln(0,306)<\ln(0,01) \\
    &\ssi n>\dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,306)} \end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,306)} \approx 3,89$
    Il faut donc capturer au moins $4$ coyotes pour que la probabilité qu’au moins l’un d’entre eux présente un test positif soit supérieur à $0,99$.
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

  1. La fonction $f’$ semble donc strictement positive sur $\left]-\infty;-\dfrac{1}{2}\right[$ et strictement négative sur $\left]-\dfrac{1}{2};+\infty\right[$.
    $f$ présente donc un maximum en $-\dfrac{1}{2}$.
    Réponse B
    $\quad$
  2. La fonction $f’$ semble strictement croissante sur $\left]-\infty;-\dfrac{3}{2}\right]$ et strictement décroissante sur $\left[-\dfrac{3}{2};+\infty\right[$.
    Par conséquent $f$ est convexe sur $\left]-\infty;-\dfrac{3}{2}\right]$.
    Réponse A
    $\quad$
  3. La fonction $f’$ semble strictement croissante sur $\left]-\infty;-\dfrac{3}{2}\right]$ et strictement décroissante sur $\left[-\dfrac{3}{2};+\infty\right[$.
    Par conséquent $f\dsec(x)>0$ sur $\left]-\infty;-\dfrac{3}{2}\right[$, $f\dsec{x)}<0$ sur $\left[-\dfrac{3}{2};+\infty\right[$ et $f\dsec(x)\left(-\dfrac{3}{2}\right)=0$.
    Réponse C
    $\quad$
  4. Si la suite $\left(v_n\right)$ est croissante alors, pour tout entier naturel $n$, on a :
    $u_0\pp v_0 \pp v_1 \pp \ldots \pp v_n$.
    Ainsi, la suite $\left(v_n\right)$ est minorée par $u_0$.
    Réponse B
    $\quad$
  5. Pour tout entier naturel $n$ non nul on a $u_n\pp u_{n+1}$ : la suite $\left(u_n\right)$ est donc croissante.
    Pour tout entier naturel non nul on a $\dfrac{1}{n}\pp 1$.
    Donc, pour tout entier naturel $n$ non nul on a $u_n\pp u_{n+1} \pp \dfrac{1}{n}\pp 1$.
    La suite $\left(u_n\right)$ est donc croissante et majorée par $1$.
    Par conséquent elle converge.
    Réponse B
    $\quad$
  6. Pour tout entier naturel $n$ on a $n<u_n<n+1$ donc $n+1<u_{n+1}<n+2$
    Par conséquent $n<u_n<n+1<u_{n+1}$.
    La suite $\left(u_n\right)$ est croissante.
    Réponse B
    $\quad$

 

 

 

Ex 3

Exercice 3

  1. $E$ a pour coordonnées $(0;0;1)$.
    $F$ a pour coordonnées $(1;0;1)$.
    $G$ a pour coordonnées $(1;1;1)$.
    $K$ a pour coordonnées $\left(1;\dfrac{1}{2};0\right)$.
    $\quad$
  2. $\vect{EG}\begin{pmatrix}1\\1\\0\end{pmatrix}$ donc
    $\begin{align*} \vect{EG}.\vec{n}&=1\times 2+1\times (-2)+0\times 1\\
    &=0\end{align*}$
    $\vect{EK}\begin{pmatrix}1\\\dfrac{1}{2}\\-1\end{pmatrix}$ donc
    $\begin{align*} \vect{EG}.\vec{n}&=1\times 2+\dfrac{1}{2}\times (-2)+(-1)\times 1\\
    &=0\end{align*}$
    Les vecteurs $\vect{EG}$ et $\vect{EK}$ ne sont pas colinéaires car une coordonnées de $\vect{EG}$ est nulle et ce n’est pas le cas pour $\vect{EK}$.
    Ainsi $\vec{n}$ est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(EGK)$.
    $\vec{n}\begin{pmatrix} 2\\-2\\1\end{pmatrix}$  est orthogonal au plan $(EGK)$.
    $\quad$
  3. Une équation cartésienne du plan $(EGK)$ est donc de la forme : $2x-2y+z+d=0$
    Or $E(0;0;1)$ appartient à ce plan.
    Donc $0-0+1+d=0 \ssi d=-1$.
    Une équation cartésienne du plan $(EGK)$ est $2x-2y+z-1=0$.
    $\quad$
  4. $\vec{n}$ est un vecteur directeur de cette droite.
    Ainsi une représentation paramétrique de $(d)$ est $\begin{cases} x=1+2t\\y=-2t\\z=1+t\end{cases} \quad ,t\in \R$
    $\quad$
  5. $2\times \dfrac{5}{9}-2\times \dfrac{4}{9}+\dfrac{7}{9}-1=\dfrac{9}{9}-1=0$ : le point de coordonnées $\left(\dfrac{5}{9};\dfrac{4}{9};\dfrac{7}{9}\right)$ appartient au plan $(EGK)$.
    Prenons $t=-\dfrac{2}{9}$ dans la représentation paramétrique de $(d)$.
    On obtient $x=\dfrac{5}{9}$, $y=\dfrac{4}{9}$ et $z=\dfrac{7}{9}$.
    Le point de coordonnées $\left(\dfrac{5}{9};\dfrac{4}{9};\dfrac{7}{9}\right)$ appartient à la droite $(d)$.
    Donc $L$ a pour coordonnées $\left(\dfrac{5}{9};\dfrac{4}{9};\dfrac{7}{9}\right)$.
    $\quad$
  6. $\vect{LF}\begin{pmatrix} \dfrac{4}{9}\\-\dfrac{4}{9}\\\dfrac{2}{9} \end{pmatrix}$
    $\begin{align*} LF&=\sqrt{\left(\dfrac{4}{9}\right)^2+\left(-\dfrac{4}{9}\right)^2+\left(\dfrac{2}{9}\right)^2} \\
    &=\sqrt{\dfrac{16}{81}+\dfrac{16}{81}+\dfrac{4}{81}}\\
    &=\sqrt{\dfrac{36}{81}}\\
    &=\dfrac{6}{9} \\
    &=\dfrac{2}{3}\end{align*}$
    $\quad$
  7. Le triangle $EFG$ est rectangle en $F$.
    Son aire est donc :
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{EF\times FG}{2}\\
    &=\dfrac{1\times 1}{2}\\
    &=\dfrac{1}{2}\end{align*}$
    $\quad$
    Le volume du tétraèdre $EFGK$ est donc :
    $\begin{align*} \mathscr{V}&=\dfrac{1}{3}\times BF\times \mathscr{A}  \qquad (*)\\
    &=\dfrac{1}{3} \times 1 \times \dfrac{1}{2} \\
    &=\dfrac{1}{6}\end{align*}$
    $(*)$ : la hauteur du tétraèdre issue de $K$ a une longueur égale à $BF$.
    $\quad$
  8. On appelle $\mathscr{B}$ l’aire du triangle $EGK$.
    On a donc également
    $\begin{align*} \mathscr{V}=\dfrac{1}{3}\times LF\times \mathscr{B} &\ssi \dfrac{1}{6}=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{2}{3}\times \mathscr{B}\\
    &\ssi \dfrac{1}{6}=\dfrac{2}{9}\times \mathscr{B} \\
    &\ssi \mathscr{B}=\dfrac{3}{4}\end{align*}$
    $\quad$
  9. En appliquant le théorème des milieux (ou la réciproque du théorème de Thalès suivi du théorème de Thalès) on montre que les longueurs des côtés du triangle $PMN$ sont égales à la moitié des longueurs des côtés du triangle $EGK$.
    Le triangle $PMN$ est donc une réduction du triangle $EGK$ de rapport $\dfrac{1}{2}$.
    Ainsi l’aire du triangle $PMN$ est
    $\begin{align*} \mathscr{B}’&=\left(\dfrac{1}{2}\right)^2\times \mathscr{B} \\
    &=\dfrac{1}{4}\times \dfrac{3}{4} \\
    &=\dfrac{3}{16}\end{align*}$
    Le volume du tetraèdre $FPMN$ est donc :
    $\begin{align*} \mathscr{V}’&=\dfrac{1}{3}\times LF\times \mathscr{B}’ \\
    &=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{2}{3}\times \dfrac{3}{16} \\
    &=\dfrac{1}{24}\end{align*}$
    Remarque 1: Le triangle $PMN$ est inclus dans le plan $(EGK)$. La hauteur du tétraèdre $FPMN$ est donc la même que celle du tétraèdre $EFGK$.
    Remarque 2 : La rédaction du théorème des milieux est un peu rapide ici. Il faudrait, en toute rigueur, proposée une démarche plus détaillée mais je ne suis pas certain que ce soit réellement un attendu du sujet.
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4

Partie A : études de deux fonctions

  1. a. D’après la limite des termes de plus haut degré $\lim\limits_{x\to +\infty} -x^2+13,7x=\lim\limits_{x\to +\infty} -x^2=-\infty$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} -f(x)=-\infty$
    $\quad$
    b. $f$ est une fonction polynôme du second degré dont le coefficient principal est $a=-0,06<0$.
    Elle atteint donc son maximum en $-\dfrac{b}{2a}=\dfrac{13,7}{2}=6,85$.
    La fonction $f$ est donc strictement croissante sur $[0;6,85]$ et strictement décroissante sur $[6,85;+\infty[$.
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*} f(x)=0&\ssi 0,06\left(-x^2+13,7x\right)=0 \\
    &\ssi -x^2+13,7x=0 \\
    &\ssi x(-x+13,7)=0 \\
    &\ssi x=0 \text{ ou } -x+13,7=0\\
    &\ssi x=0 \text{ ou } x=13,7\end{align*}$
    Les solutions de l’équation $f(x)=0$ sont donc $0$ et $13,7$.
    $\quad$
  2. a. $\lim\limits_{x\to +\infty} 0,2x=+\infty$ et $\lim\limits_{X\to +\infty} \e^X=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^{0,2x}=+\infty$
    $\lim\limits_{x\to +\infty} -0,15x+2,2=-\infty$
    Donc par produit $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=-\infty$.
    $\quad$
    b. Pour tout réel $x\in [0;+\infty[$
    $\begin{align*} g'(x)&=-0,15\e^{0,2x}+(-0,15x+2,2)\times 0,2\e^{0,2x} \\
    &=(-0,15-0,03x+0,44)\e^{0,2x} \\
    &=(-0,03x+0,29)\e^{0,2x}\end{align*}$
    $\quad$
    c. La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$.
    Le signe de $g'(x)$ ne dépend donc que de celui de $-0,03x+0,29$.
    $-0,03x+0,29=0 \ssi x=\dfrac{29}{3}$
    $-0,03x+0,29>0 \ssi -0,03x>-0,29 \ssi x<\dfrac{29}{3}$
    On obtient donc le tableau de variations suivant :
    $\quad$
    où $\alpha \approx 2,98$.
    $\quad$
    d. La fonction $g$ est strictement croissante sur $\left[0;\dfrac{29}{3}\right]$ et $g(0)=0$.
    L’équation $g(x)=0$ n’admet donc pas de solution non nulle sur cet intervalle.
    $\quad$
    La fonction $f$ est dérivable donc continue et strictement décroissante sur $\left[\dfrac{29}{3};+\infty\right[$.
    De plus $g\left(\dfrac{29}{3}\right)>0$ 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 sur $\left[\dfrac{29}{3};+\infty\right[$.
    $\quad$
    L’équation $g(x)=0$ admet donc une unique solution non nulle sur $[0;+\infty[$ dont une valeur approchée est, d’après la calculatrice, $13,72$.
    $\quad$

Partie B : trajectoires d’une balle de golf

  1. a. On a $f(6,85)\approx 2,815$
    La hauteur maximale atteinte par la balle est donc environ égale à $28,15$ yards.
    $\quad$
    b. Pour tout réel $x$ strictement positif on a $f'(x)=0,06(-2x+13,7)$
    Donc $f'(0)=0,06\times 13,7=0,822$.
    $\quad$
    c. $f'(0)$ est le coefficient directeur de la tangente à la courbe $C_f$ au point d’abscisse $0$.
    Ainsi $\tan(d)=0,822$. Donc $d\approx 39,4$°.
    L’angle de décollage de la balle est donc environ égal à $39,4$°.
    $\quad$
    d. La courbe $C_f$ est symétrique par rapport à la droite d’équation $y=6,85$. Donc les angles de décollage et d’atterrissage de la balle sont égaux.
    $\quad$
  2. a. $g$ atteint son maximum pour $x=\dfrac{29}{3}$ et $\alpha \approx 2,98$.
    La hauteur maximale de balle est donc environ égale à $29,8$ yards.
    $\quad$
    b. On a $g'(0)=0,29$ donc $\tan(d)=0,29$ et $d\approx 16,2$°.
    L’angle de décollage de la balle est donc environ égal à $16,2$°.
    $\quad$
    c. On a $g'(13,7)\approx -1,87$ donc $\tan(a)\approx 1,87$ et $a\approx 62$°
    L’angle d’atterrissage de la balle est donc environ égal à $62$°.
    $\quad$

Partie C

Aucun des deux modèles ne semble estimer correctement les angles de décollage.

Le second modèle semble mieux estimer la hauteur maximale.

Le second modèle semble mieux estimer l’angle d’atterrissage.

Les deux modèle estiment correctement la distance au point de chute.

Le second modèle semble par conséquent le plus adapté pour décrire la frappe de la balle par un joueur professionnel.

$\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Thème : probabilités

Le coyote est un animal sauvage proche du loup, qui vit en Amérique du Nord.
Dans l’état d’Oklahoma, aux États-Unis, $70 \%$ des coyotes sont touchés par une maladie appelée ehrlichiose.

Il existe un test aidant à la détection de cette maladie. Lorsque ce test est appliqué à un coyote, son résultat est soit positif, soit négatif, et on sait que:

  • Si le coyote est malade, le test est positif dans $97 \%$ des cas.
  • Si le coyote n’est pas malade, le test est négatif dans $95\%$ des cas.

Partie A

Des vétérinaires capturent un coyote d’Oklahoma au hasard et lui font subir un test pour l’ehrlichiose.
On considère les événements suivants :

  • $M$ : « le coyote est malade » ;
  • $T$ : « le test du coyote est positif ».

On note $\conj{M}$ et $\conj{T}$ respectivement les événements contraires de $M$ et $T$.

  1. Recopier et compléter l’arbre pondéré ci-dessous qui modélise la situation.
    $\quad$
  2. Déterminer la probabilité que le coyote soit malade et que son test soit positif.
    $\quad$
  3. Démontrer que la probabilité de $T$ est égale à $0,694$.
    $\quad$
  4. On appelle « valeur prédictive positive du test » la probabilité que le coyote soit effectivement malade sachant que son test est positif.
    Calculer la valeur prédictive positive du test. On arrondira le résultat au millième.
    $\quad$
  5. a. Par analogie avec la question précédente, proposer une définition de la « valeur prédictive négative du test », et calculer cette valeur en arrondissant au millième.
    $\quad$
    b. Comparer les valeurs prédictives positive et négative du test, et interpréter.
    $\quad$

Partie B

On rappelle que la probabilité qu’un coyote capturé au hasard présente un test positif est de $0,694$.

  1. Lorsqu’on capture au hasard cinq coyotes, on assimile ce choix à un tirage avec remise.
    On note $X$ la variable aléatoire qui à un échantillon de cinq coyotes capturés au hasard associe le nombre de coyotes dans cet échantillon ayant un test positif.
    a. Quelle est la loi de probabilité suivie par $X$ ? Justifier et préciser ses paramètres.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité que dans un échantillon de cinq coyotes capturés au hasard, un seul ait un test positif. On arrondira le résultat au centième.
    $\quad$
    c. Un vétérinaire affirme qu’il y a plus d’une chance sur deux qu’au moins quatre coyotes sur cinq aient un test positif : cette affirmation est-elle vraie ? Justifier la réponse.
    $\quad$
  2. Pour tester des médicaments, les vétérinaires ont besoin de disposer d’un coyote présentant un test positif. Combien doivent-ils capturer de coyotes pour que la probabilité qu’au moins l’un d’entre eux présente un test positif soit supérieure à $0,99$ ?
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Thèmes : fonctions numériques et 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.

Pour les questions 1 à 3 ci-dessous, on considère une fonction $f$ définie et deux fois dérivable sur $\R$.
La courbe de sa fonction dérivée $f’$ est donnée ci-dessous.
On admet que $f’$ admet un maximum en $-\dfrac{3}{2}$ et que sa courbe coupe l’axe des abscisses au point de coordonnées $\left(-\dfrac{1}{2};0\right)$.

Question 1 :
a.
La fonction $f$ admet un maximum en $-\dfrac{3}{2}$;
b. La fonction $f$ admet un maximum en $-\dfrac{1}{2}$;
c. La fonction $f$ admet un minimum en $-\dfrac{1}{2}$;
d. Au point d’abscisse $-1$, la courbe de la fonction $f$ admet une tangente horizontale.
$\quad$

Question 2 :
a.
La fonction $f$ est convexe sur $\left]-\infty;-\dfrac{3}{2}\right[$;
b. La fonction $f$ est convexe sur $\left]-\infty;-\dfrac{1}{2}\right[$;
c. La courbe $C_f$ représentant la fonction $f$ n’admet pas de point d’inflexion;
d. La fonction $f$ est concave sur $\left]-\infty;-\dfrac{1}{2}\right[$.
$\quad$

Question 3 :
La dérivée seconde $f\dsec$ de la fonction $f$ vérifie :
a. $f\dsec(x)\pg 0$ pour $x\in \left]-\infty;-\dfrac{1}{2}\right[$;
b. $f\dsec(x)\pg 0$ pour $x\in [-2;-1]$;
c. $f\dsec\left(-\dfrac{3}{2}\right)=0$;
d. $f\dsec(-3)=0$.
$\quad$

Question 4 : On considère trois suites $\left(u_n\right)$, $\left(v_n\right)$ et $\left(w_n\right)$.
On sait que, pour tout entier naturel $n$, on a $u_n \pp v_n \pp w_n$ et de plus : $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=1$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} w_n=3$.
On peut alors affirmer que :
a. La suite $\left(v_n\right)$ converge;
b. Si la suite $\left(u_n\right)$ est croissante alors la suite $\left(v_n\right)$ est minorée par $u_0$;
c. $1\pp v_0\pp 3$;
d. La suite $\left(v_n\right)$ diverge.
$\quad$

Question 5 :
On considère une suite $\left(u_n\right)$ telle que, pour tout entier naturel $n$ non nul : $u_n \pp u_{n+1} \pp \dfrac{1}{n}$.
On peut alors affirmer que :
a. La suite $\left(u_n\right)$ diverge;
b. La suite $\left(u_n\right)$ converge;
c. $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=0$;
d. $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=1$;
$\quad$

Question 6 :
On considère $\left(u_n\right)$ une suite réelle telle que pour tout entier naturel $n$, on a $n<u_n<n+1$.
On peut affirmer que :
a. Il existe un entier naturel $N$ tel que $u_N$ est un entier;
b. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante;
c. La suite $\left(u_n\right)$ est convergente;
d. La suite $\left(u_n\right)$ n’a pas de limite.
$\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : géométrie dans l’espace

On considère un cube $ABCDEFGH$ et on appelle $K$ le milieu su segment $[BC]$.
On se place dans le repère $\left(A;\vect{AB},\vect{AD},\vect{AE}\right)$ et on considère le tétraèdre $EFGK$.

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.

  1. Préciser les coordonnées des points $E$, $F$, $G$ et $K$.
    $\quad$
  2. Montrer que le vecteur $\vec{n}\begin{pmatrix}2\\-2\\1\end{pmatrix}$ est orthogonal au plan $(EGK)$.
    $\quad$
  3. Démontrer que le plan $(EGK)$ admet pour équation cartésienne : $2x-2y+z-1=0$.
    $\quad$
  4. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $(d)$ orthogonale au plan $(EGK)$ passant par $F$.
    $\quad$
  5. Montrer que le projeté orthogonal $L$ de $F$ sur le plan $(EGK)$ a pour coordonnées $\left(\dfrac{5}{9};\dfrac{4}{9};\dfrac{7}{9}\right)$.
    $\quad$
  6. Justifier que la longueur $LF$ est égale à $\dfrac{2}{3}$.
    $\quad$
  7. Calculer l’aire du triangle $EFG$. En déduire que le volume du tétraèdre $EFGK$ est égal à $\dfrac{1}{6}$.
    $\quad$
  8. Déduire des questions précédentes l’aire du triangle $EGK$.
    $\quad$
  9. On considère les points $P$ milieu du segment $[EG]$, $M$ milieu du segment $[EK]$ et $N$ milieu du segment $[GK]$. Déterminer le volume du tétraèdre $FPMN$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points

Thèmes : fonctions numériques, fonction exponentielle

Partie A : étude de deux fonctions

On considère les deux fonctions $f$ et $g$ définies sur l’intervalle $[0;+\infty[$ par : $$f(x)=0,06\left(-x^2+13,7x\right) \text{ et } g(x)=(-0,15x+2,2)\e^{0,2x}-2,2.$$
On admet que les fonctions $f$ et $g$ sont dérivables et on note $f’$ et $g’$ leurs fonctions dérivées respectives.

  1. On donne le tableau de variations complet de la fonction $f$ sur l’intervalle $[0;+\infty[$.
    a. Justifier la limite de $f$ en $+\infty$.
    $\quad$
    b. Justifier les variations de la fonction $f$.
    $\quad$
    c. Résoudre l’équation $f(x)=0$.
    $\quad$
  2. a. Déterminer la limite de $g$ en $+\infty$.
    $\quad$
    b. Démontrer que, pour tout réel $x$ appartenant à $[0;+\infty[$ on a : $g'(x)=(-0,03x+0,29)\e^{0,2x}$.
    $\quad$
    c. Étudier les variations de la fonction 𝑔 et dresser son tableau de variations sur $[0;+\infty[$.
    Préciser une valeur approchée à $10^{-2}$ près du maximum de $g$.
    $\quad$
    d. Montrer que l’équation $g(x)=0$ admet une unique solution non nulle et déterminer, à $10^{-2}$ près, une valeur approchée de cette solution.
    $\quad$

Partie B : trajectoires d’une balle de golf

Pour frapper la balle, un joueur de golf utilise un instrument appelé « club » de golf.
On souhaite exploiter les fonctions $f$ et $g$ étudiées en Partie A pour modéliser de deux façons différentes la trajectoire d’une balle de golf. On suppose que le terrain est parfaitement plat.

On admettra ici que $13,7$ est la valeur qui annule la fonction $f$ et une approximation de la valeur qui annule la fonction $g$.
On donne ci-dessous les représentations graphiques de  $f$ et $g$ sur l’intervalle $[0; 13,7]$.

Pour 𝑥 représentant la distance horizontale parcourue par la balle en dizaine de yards après la frappe, (avec $0\pp x\pp 13,7$), $f(x)$ (ou $g(x)$ selon le modèle) représente la hauteur correspondante de la balle par rapport au sol, en dizaine de yards ($1$ yard correspond à environ $0,914$ mètre).

On appelle « angle de décollage » de la balle, l’angle entre l’axe des abscisses et la tangente à la courbe ($C_f$ ou $C_g$ selon le modèle) en son point d’abscisse $0$. Une mesure de l’angle de décollage de la balle est un nombre réel $d$ tel que $\tan(d)$ est égal au coefficient directeur de cette tangente.
De même, on appelle « angle d’atterrissage » de la balle, l’angle entre l’axe des abscisses et la tangente à la courbe ($C_f$ ou $C_g$ selon le modèle) en son point d’abscisse $13,7$. Une mesure de l’angle d’atterrissage de la balle est un nombre réel $a$ tel que $\tan(a)$ est égal à l’opposé du coefficient directeur de cette tangente.
Tous les angles sont mesurés en degré.

  1. Première modélisation : on rappelle qu’ici, l’unité étant la dizaine de yards, $x$ représente la distance horizontale parcourue par la balle après la frappe et $f(x)$ la hauteur correspondante de la balle.
    Selon ce modèle :
    a. Quelle est la hauteur maximale, en yard, atteinte par la balle au cours de sa trajectoire ?
    $\quad$
    b. Vérifier que $f'(0) = 0,822$.
    $\quad$
    c. Donner une mesure en degré de l’angle de décollage de la balle, arrondie au dixième. (On pourra éventuellement utiliser le tableau ci-dessous).
    $\quad$
    d. Quelle propriété graphique de la courbe $C_f$ permet de justifier que les angles de décollage et d’atterrissage de la balle sont égaux ?
    $\quad$
  2. Seconde modélisation : on rappelle qu’ici, l’unité étant la dizaine de yards, $x$ représente la distance horizontale parcourue par la balle après la frappe et $g(x)$ la hauteur correspondante de la balle.
    Selon ce modèle :
    a. Quelle est la hauteur maximale, en yard, atteinte par la balle au cours de sa trajectoire ?
    On précise que $g'(0) = 0,29$ et $g'(13,7)\approx −1,87$.
    $\quad$
    b. Donner une mesure en degré de l’angle de décollage de la balle, arrondie au dixième. (On pourra éventuellement utiliser le tableau ci-dessous).
    $\quad$
    c. Justifier que $62$ est une valeur approchée, arrondie à l’unité près, d’une mesure en degré de l’angle d’atterrissage de la balle.
    $\quad$

Tableau : extrait d’une feuille de calcul donnant une mesure en degré d’un angle quand on connait sa tangente :

$\quad$

Partie C : interrogation des modèles

À partir d’un grand nombre d’observations des performances de joueurs professionnels, on a obtenu les résultats moyens suivants :

$\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline
\text{Angle de décollage en}&\text{Hauteur maximale en}&\text{Angle d’atterrissage en}&\text{Distance horizontale}\\
\text{degré}&\text{yard}&\text{degré}&\text{en yard au point de}\\
&&&\text{chute}\\
\hline
\boldsymbol{24}&\boldsymbol{32}&\boldsymbol{52}&\boldsymbol{137}\\
\hline
\end{array}$

Quel modèle, parmi les deux étudiés précédemment, semble le plus adapté pour décrire la frappe de la balle par un joueur professionnel? La réponse sera justifiée.

Bac – Spécialité mathématiques – Centres étrangers – sujet 1 – 11 mai 2022

Centres étrangers – 11 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 1- Correction

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

Ex 1

Exercice 1

  1. $\quad$
    $\begin{align*} f(x)=2~022 &\ssi \ln\left(1+x^2\right)=2~022\\
    &\ssi 1+x^2=\e^{2~022} \\
    &\ssi x^2=\e^{2~022}-1 \end{align*}$
    Or $\e^{2~022}-1>0$
    Les solutions de l’équation $x^2=\e^{2~022}-1$ sont donc $\sqrt{\e^{2~022}-1}$ et $-\sqrt{\e^{2~022}-1}$.
    Réponse C
    $\quad$
  2. La fonction $g$ dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables sur $]0;+\infty[$.
    Pour tout réel $x>0$ on a
    $\begin{align*} g'(x)&=\ln(x)+x\times \dfrac{1}{x}-2x \\
    &=\ln(x)+1-2x\end{align*}$
    La fonction $g’$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme de fonctions dérivables sur $]0;+\infty[$.
    Pour tout réel $x>0$ on a
    $\begin{align*} g\dsec(x)&=\dfrac{1}{x}-2 \\
    &=\dfrac{1-2x}{x}\end{align*}$
    Sur $]0;+\infty[$, $g\dsec(x)$ ne dépend que du signe de $1-2x$.
    Or $1-2x>0\ssi -2x>-1 \ssi x<\dfrac{1}{2}$ et $1-2x=0 \ssi x=\dfrac{1}{2}$.
    Ainsi $g\dsec(x)$ s’annule en changeant de signes qu’une seule fois pour $x=\dfrac{1}{2}$.
    La courbe $C_g$ admet donc exactement un point d’inflexion sur $]0;+\infty[$.
    Réponse C
    $\quad$
  3. Pour tout réel $x\in ]-1;1[$ on a $f(x)=-\dfrac{1}{2}\times \dfrac{-2x}{1-x^2}$
    On reconnaît une dérivée de la forme $\dfrac{u’}{u}$ dont une primitive est $\ln(u)$ avec $u(x)=1-x^2$.
    Une primitive de $f$ est donc la fonction $g$ définie sur $]-1;1[$ par $g(x)=-\dfrac{1}{2}\ln\left(1-x^2\right)$.
    Réponse A
    $\quad$
  4. La fonction $\ln$ est définie sur $]0;+\infty[$.
    $-x^2-x+6$ a pour discriminant $\Delta = 25>0$.
    Les solutions de l’équation $-x^2-x+6=0$ sont $x_1=2$ et $x_2=-3$.
    Le coefficient principal est $a=-1<0$.
    Ainsi $-x^2-x+6>0$ sur $]-3;2[$.
    Réponse A
    $\quad$
  5. La fonction $f$ est dérivable sur $]0,5;+\infty[$ en tant que somme et composée de fonctions dérivables.
    Pour tout réel $x\in ]0,5;+\infty[$ on a $f'(x)=-2x-4+\dfrac{6}{2x-1}$
    Par conséquent $f'(1)=4$ et $f(1)=-3$.
    Une équation de la tangente à la courbe représentative de $f$ au point d’abscisse $1$ est $y=4(x-1)-3$ soit $y=4x-7$.
    Réponse A
    $\quad$
  6. $x+3>0\ssi x>-3$ et $x+1>0\ssi x>-1$.
    L’inégalité n’est donc définie que sur $]-1;+\infty[$.
    $\begin{align*} \ln(x+3)<2\ln(x+1)&\Rightarrow \ln(x+3) <\ln\left((x+1)^2\right) \\
    &\Rightarrow x+3<(x+1)^2 \\
    &\Rightarrow w+3<x^2+2x+1\\
    &\Rightarrow x^2+x-2>0\end{align*}$
    Le discriminant est $\Delta=9>0$.
    Les solutions de $x^2+x-2=0$ sont donc $-2$ et $1$.
    Le coefficient principal est $a=1>0$ donc $x^2+x-2>0$ sur $]-\infty;-2[\cup]1;+\infty[$.
    Ainsi
    $\begin{align*} \mathscr{S}&=]-1;+\infty[ \cap \left(]-\infty;-2[\cup]1;+\infty[\right) \\
    &=]1;+\infty[\end{align*}$
    Réponse B
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2

  1. Calcul d’un angle
    a.
    On a $\vect{AB}(-2;2;-2)$ et $\vect{AC}(-3;-1;-1)$.
    $\dfrac{-3}{-2}=1,5$ et $\dfrac{-1}{2}=-0,5$. Or $1,5\neq -0,5$.
    Les deux vecteurs ne sont pas colinéaires.
    Par conséquent $A$, $B$ et $C$ ne sont pas alignés.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} AB&=\sqrt{(-2)^2+2^2+(-2)^2} \\
    &=\sqrt{12} \\
    &=2\sqrt{3}\end{align*}$
    $\begin{align*} AC&=\sqrt{(-3)^2+(-1)^2+(-1)^2} \\
    &=\sqrt{11}\end{align*}$
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*} \vect{AB}.\vect{AC}&=-2\times (-3)+2\times (-1)+(-2)\times (-1) \\
    &=6\end{align*}$
    $\quad$
    $\begin{align*} \vect{AB}.\vect{AC}=AB\times AC\times \cos\left(\widehat{BAC}\right) &\ssi \cos\left(\widehat{BAC}\right)=\dfrac{\vect{AB}.\vect{AC}}{AB\times AC} \\
    &\ssi \cos\left(\widehat{BAC}\right)=\dfrac{6}{2\sqrt{3}\times \sqrt{11}} \\
    &=\dfrac{3}{\sqrt{33}}\end{align*}$
    Par conséquent $\widehat{BAC}\approx 58,5$°
    $\quad$
  2. Calcul d’une aire
    a.
    $\vect{AB}$ est donc un vecteur normal au plan $P$
    Une équation de $P$ est donc de la forme $-2x+2y-2z+d=0$.
    $C(-1;-1;2)$ appartient à $P$. Donc $2-2-4+d=0 \ssi d=4$.
    Une équation cartésienne de $P$ est $-2x+2y-2z+4=0$ ou encore $-x+y-z+2=0$.
    $\quad$
    b. Une représentation paramétrique de la droite $(AB)$ est $\begin{cases} x=2-2t\\y=2t\\z=3-2t\end{cases}$.
    $\quad$
    c.
    $\begin{align*}\begin{cases} x=2-2t\\y=2t\\z=3-2t\\-x+y-z+2=0\end{cases} &\ssi \begin{cases} x=2-2t\\y=2t\\z=3-2t\\-(2-2t)+2t-(3-2t)+2=0\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=2-2t\\y=2t\\z=3-2t\\-2+2t+2t-3+2t+2=0\end{cases}\\
    &\ssi \begin{cases} x=2-2t\\y=2t\\z=3-2t\\6t =3\end{cases}\\
    &\ssi \begin{cases} x=\dfrac{1}{2}\\x=1\\y=1\\z=2\end{cases}\end{align*}$
    Le point $E$ a donc pour coordonnées $(1;1;2)$.
    $\quad$
    d. L’aire du triangle $ABC$ est
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{1}{2}\times AB\times AC\times \sin\left(\widehat{ABC}\right) \\
    &=\dfrac{1}{2}\times 2\sqrt{3}\times \sqrt{11}\times \sin\left(\widehat{ABC}\right) \\
    &=\sqrt{33}\times \sin\left(\widehat{ABC}\right)\\
    &=2\sqrt{6}\\
    &\approx 4,899\end{align*}$
    $\quad$
    Remarque : Pour calculer la valeur exacte de $\sin\left(\widehat{ABC}\right)$ on peut utiliser la propriété suivante : pour tout réel $x$, $\sin^2x+\cos^2 x=1$, connaissant la valeur de $\cos\left(\widehat{ABC}\right)=\dfrac{3}{\sqrt{33}}$
    On a donc $\sin^2\left(\widehat{ABC}\right)+\dfrac{9}{33}=1$ soit $\sin^2\left(\widehat{ABC}\right)=\dfrac{8}{11}$.
    Or $\sin\left(\widehat{ABC}\right)>0$ (sinon l’aire est négative!) donc $\sin\left(\widehat{ABC}\right)=\dfrac{2\sqrt{2}}{\sqrt{11}}$
    $\quad$
  3. Calcul d’un volume
    a.
    $\vect{AF}(-1;-1;0)$ or $\vect{AB}(-2;2;-2)$ et $\vect{AC}(-3;-1;-1)$.
    Par conséquent (après résolution d’un système éventuellement) $\vect{AF}=-\dfrac{1}{4}\vect{AB}+\dfrac{1}{2}\vect{AC}$.
    Ainsi, les points $A$, $B$, $C$ et $F$ sont coplanaires.
    $\quad$
    b. $\vect{FD}(2;-2;-4)$.
    $\begin{align*} \vect{FD}.\vect{AB}&=2\times (-2)-2\times 2-4\times (-2) \\
    &=0\end{align*}$
    $\begin{align*} \vect{FD}.\vect{AC}&=2\times (-3)-2\times (-1)-4\times (-1) \\
    &=0\end{align*}$
    Le vecteur $\vect{FD}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(ABC)$.
    $(FD)$ est orthogonale au plan $(ABC)$.
    c.
    $\begin{align*} FD&=\sqrt{2^2+(-2)^2+(-4)^2} \\
    &=\sqrt{24}\end{align*}$
    Le volume de $ABCD$ est
    $\begin{align*} V&=\dfrac{1}{3}\times FD\times \mathscr{A} \\
    &=8\end{align*}$
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3

Partie A

  1. $\lim\limits_{x\to -\infty} \e^x=0$ et $\lim\limits_{x\to -\infty} -x=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to -\infty} h(x)=+\infty$
    Pour tout réel $x$, $h(x)=\e^x\left(1-\dfrac{x}{\e^x}\right)$. $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^x=+\infty$ et par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{x}{\e^x}=0$.
    Donc $\lim\limits_{x\to +\infty} h(x)=+\infty$
    $\quad$
  2. La fonction $h$ est dérivable sur $\R$ en tant que somme de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a $h'(x)=\e^x-1$.
    Or $\e^x-1=0 \ssi x=0$ et $\e^x-1>0 \ssi x>0$.
    La fonction $h$ est donc strictement décroissante sur $]-\infty;0]$ et strictement croissante sur $[0;+\infty[$.
    On obtient alors le tableau de variations suivant :$\quad$
  3. La fonction $h$ est strictement croissante sur $[0;+\infty[$.
    Donc, pour tous réels $a$ et $b$ tels que $0\pp a\pp b$ on a $h(a)\pp h(b)$ c’est-à-dire $h(a)-h(b) \pp 0$.
    $\quad$

Partie B

  1. La fonction $f$ est dérivable sur $\R$ en tant que fonction exponentielle.
    Pour tout réel $x$ on a $f'(x)=\e^x$.
    $f(0)=1$ et $f'(0)=1$.
    Une équation de $T$ est donc $y=x+1$.
    $\quad$
  2. $\lim\limits_{n\to +\infty } \dfrac{1}{n}=0$ et $\lim\limits_{x\to 0} \e^x=1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=0$.
    $\quad$
  3. a. Soit $n$ un entier naturel non nul.
    $\begin{align*} u_{n+1}-u_n&=\exp\left(\dfrac{1}{n+1}\right)-\dfrac{1}{n+1}-1-\left(\exp\left(\dfrac{1}{n}\right)-\dfrac{1}{n}-1\right) \\
    &=\exp\left(\dfrac{1}{n+1}\right)-\dfrac{1}{n+1}-\exp\left(\dfrac{1}{n}\right)+\dfrac{1}{n} \\
    &=h\left(\dfrac{1}{n+1}\right)-h\left(\dfrac{1}{n}\right)\end{align*}$
    $\quad$
    b. Pour tout entier naturel $n$ non nul on a $\dfrac{1}{n+1}<\dfrac{1}{n}$.
    Donc d’après la question A.3. $h\left(\dfrac{1}{n+1}\right)-h\left(\dfrac{1}{n}\right)\pp 0$.
    Donc $u_{n+1}-u_n\pp 0$ et la suite $\left(u_n\right)$ est décroissante.
    $\quad$
  4. D’après le tableau de valeurs $u_n<10^{-2}$ à partir de $n=8$.
    C’est donc à partir de $n=8$ que l’écart entre $T$ et $C_f$ semble être inférieur à $10^{-2}$.
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4

  1. On obtient le tableau suivant :
    $\begin{array}{|c|c|c|c|}
    \hline
    &A&\conj{A}&\text{Total} \\
    \hline
    B&0,05&0,15&0,2\\
    \hline
    \conj{B}&0,05&0,75&0,8 \\
    \hline
    \text{Total}&0,1&0,9&1\\
    \hline
    \end{array}$
    $\quad$
  2. a. On veut calculer
    $\begin{align*} P(A\cup B)&=1-P\left(\conj{A}\cap \conj{B}\right) \\
    &=1-0,75 \\
    &=0,25\end{align*}$
    La probabilité qu’une paire de verres présente un défaut pour au moins un des deux traitements est donc égale à $0,25$.
    $\quad$
    b. On veut calculer $P(A\cap B)=0,05$.
    La probabilité qu’une paire de verres présente un défaut pour les deux traitements est donc égale à $0,05$.
    $\quad$
    c. $P(A)\times P(B)=0,02$ et $P(A\cap B)=0,05$.
    Donc $P(A)P(B)\neq P(A\cap B)$
    Les événements $A$ et $B$ ne sont pas indépendants.
    $\quad$
  3. On veut calculer
    $\begin{align*} P\left(A\cap \conj{B}\right)+P\left(B\cap \conj{A}\right) &=0,15+0,05 \\
    &=0,2\end{align*}$
    La probabilité qu’une paire de verres présente un défaut pour un seul des deux traitements est donc égale à $0,2$.
    $\quad$
  4. On veut calculer :
    $\begin{align*} P_A(B)&=\dfrac{P(A\cap B)}{P(A)} \\
    &=\dfrac{0,05}{0,1} \\
    &=0,5\end{align*}$
    La probabilité qu’une paire de verres présente un défaut de traitement T2 sachant qu’elle présente un défaut de traitement T1 est égale à $0,5$.
    $\quad$

Partie B

  1. On répète indépendamment $50$ fois la même expérience de Bernoulli. $X$ compte le nombre de paires de verres qui présentent le défaut pour le traitement T1.
    Donc $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=50$ et $p=0,1$.
    $\quad$
  2. On veut calculer
    $\begin{align*} P(X=10)&=\dbinom{50}{10}\times 0,1^{10} \times (1-0,1)^{50-10} \\
    &\approx 0,015\end{align*}$
    La probabilité qu’exactement $10$ paires de verres présentent ce défaut dans l’échantillon est environ égale à $0,015$.
    $\quad$
  3. L’espérance de $X$ est $E(X)=50\times 0,1=5$.
    Ainsi, en moyenne, on peut trouver $5$ paires de verres ayant ce défaut dans un échantillon de $50$ paires.
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Thème : Fonction logarithme

Cet exercice est un questionnaire d choix multiples. Pour chacune des questions suivantes, une seule des quatre réponses proposées est exacte. Les six questions sont indépendantes.

Une réponse incorrecte, 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 $f$ définie pour tout réel $x$ par f$f(x)=\ln\left(1+x^2\right)$.
    Sur $\R$, l’équation $f(x)=2~022$
    a. n’admet aucune solution.
    b. admet exactement une solution.
    c. admet exactement deux solutions.
    d. admet une infinité de solutions.
    $\quad$
  2. Soit la fonction $g$ définie pour tout réel $x$ strictement positif par : $$g(x) = x \ln(x)− x^2$$
    On note $\mathscr{C}_g$ sa courbe représentative dans un repère du plan.
    a. La fonction $g$ est convexe sur $]0 ; +\infty[$.
    b. La fonction $g$ est concave sur $]0 ; +\infty[$.
    c. La courbe $\mathscr{C}_g$ admet exactement un point
    d’inflexion sur $]0 ; +\infty[$.
    d. La courbe $\mathscr{C}_g$ admet exactement deux
    points d’inflexion sur $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$
  3. On considère la fonction $f$ définie sur $]-1;1[$ par $$f(x)=\dfrac{x}{1-x^2}$$
    Une primitive de la fonction $f$ est la fonction $g$ définie sur l’intervalle $]-1;1[$ par :
    a. $g(x)=-\dfrac{1}{2}\ln\left(1-x^2\right)$
    b. $g(x)=\dfrac{1+x^2}{\left(1-x^2\right)^2}$
    c. $g(x)=\dfrac{x^2}{2\left(x-\dfrac{x^3}{3}\right)}$
    d. $g(x)=\dfrac{x^2}{2}\ln\left(1-x^2\right)$
    $\quad$
  4. La fonction $x\mapsto \ln\left(-x^2-x+6\right)$ est définie sur
    a. $]-3;2[$
    b. $]-\infty;6[$
    c. $]0;+\infty[$
    d. $]2;+\infty[$
    $\quad$
  5. On considère la fonction $f$ définie sur $]0,5;+\infty[$ par $$f(x)=x^2-4x+3\ln(2x-1)$$
    Une équation de la tangente à la courbe représentative de $f$ au point d’abscisse $1$ est :
    a. $y=4x-7$
    b. $y=2x-4$
    c. $y=-3(x-1)+4$
    d. $y=2x-1$
    $\quad$
  6. L’ensemble $\mathscr{S}$ des solutions dans $\R$ de l’inéquation $\ln(x+3)<2\ln(x+1)$ est :
    a. $\mathscr{S}=]-\infty;-2[\cup]1;+\infty[$
    b. $\mathscr{S}=]1;+\infty[$
    c. $\mathscr{S}=\emptyset$
    d. $\mathscr{S}=]-1;1[$
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Thème : Géométrie dans l’espace

Dans l’espace, rapporté à un repère orthonormé $\Oijk$, on considère les points : $$A(2;0;3),~B(0;2;1),~C(-1;-1;2) \text{ et } D(3;-3;-1)$$

  1. Calcul d’un angle.
    a.
     Calculer les coordonnées des vecteurs $\vect{AB}$ et
    $\vect{AC}$ et en déduire que les points $A$, $B$ et $C$ ne sont pas alignés.
    $\quad$
    b. Calculer les longueurs $AB$ et $AC$.
    $\quad$
    c. À l’aide du produit scalaire $\vect{AB}.\vect{AC}$, déterminer la valeur du cosinus de l’angle $\widehat{BAC}$ puis donner une valeur approchée de la mesure de l’angle $\widehat{BAC}$ au dixième de degré.
    $\quad$
  2. Calcul d’une aire.
    a.
    Déterminer une équation du plan $P$ passant par le point $C$ et perpendiculaire à la droite $(AB)$.
    $\quad$
    b. Donner une représentation paramétrique de la droite $(AB)$.
    $\quad$
    c. En déduire les coordonnées du projeté orthogonal $E$ du point $C$ sur la droite $(AB)$, c’est-à-dire du point d’intersection de la droite $(AB)$ et du plan $P$.
    $\quad$
    d. Calculer l’aire du triangle $ABC$.
    $\quad$
  3. Calcul d’un volume.
    a.
    Soit le point $F(1 ; −1 ; 3)$. Montrer que les points $A$, $B$, $C$ et $F$ sont coplanaires.
    $\quad$
    b. Vérifier que la droite $(FD)$ est orthogonale au plan $(ABC)$.
    $\quad$
    c. Sachant que le volume d’un tétraèdre est égal au tiers de l’aire de sa base multiplié par sa hauteur, calculer le volume du tétraèdre $ABCD$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : Fonction exponentielle et suite

Partie A :

Soit $h$ la fonction définie sur $\R$ par $$h(x)=\e^x-x$$

  1. Déterminer les limites de $h$ en $-\infty$ et $+\infty$.
    $\quad$
  2. Étudier les variations de $h$ et dresser son tableau de variation.
    $\quad$
  3. En déduire que :
    si $a$ et $b$ sont deux réels tels que $0\pp a\pp b$ alors $h(a)-h(b)\pp 0$.
    $\quad$

Partie B :

Soit $f$ la fonction définie sur $\R$ par $$f(x)=\e^x$$

On note $C_f$ sa courbe représentative dans un repère $\Oij$.

  1. Déterminer une équation de la tangente $T$ à $C_f$ au point d’abscisse $0$.

Dans la suite de l’exercice on s’intéresse à l’écart entre $T$ et $C_f$ au voisinage de $0$. Cet écart est défini comme la différence des ordonnées des points de $T$ et $C_f$ de même abscisse.

On s’intéresse aux points d’abscisse $\dfrac{1}{n}$, avec $n$ entier naturel non nul.

On considère alors la suite $\left(u_n\right)$ définie pour tout entier naturel non nul $n$ par : $$u_n=\exp\left(\dfrac{1}{n}\right)-\dfrac{1}{n}-1$$

  1. Déterminer la limite de la suite $\left(u_n\right)$.
    $\quad$
  2. a. Démontrer que, pour tout entier naturel non nul $n$, $$u_{n+1}-u_n=h\left(\dfrac{1}{n+1}\right)-h\left(\dfrac{1}{n}\right)$$
    où $h$ est la fonction définie à la partie A.
    $\quad$
    b. En déduire le sens de variation de la suite $\left(u_n\right)$.
    $\quad$
  3. Le tableau ci-dessous donne des valeurs approchées à $10^{-9}$ des premiers termes de la suite $\left(u_n\right)$.
    $$\begin{array}{|c|c|}
    \hline
    n &u_n \\ \hline
    1 &0,718281828\\ \hline
    2& 0,148721271\\ \hline
    3& 0,062279092 \\ \hline
    4& 0,034025417\\ \hline
    5& 0,021402758\\ \hline
    6& 0,014693746\\ \hline
    7& 0,010707852\\ \hline
    8& 0,008148453\\ \hline
    9& 0,006407958\\ \hline
    10& 0,005170918\\ \hline
    \end{array}$$
    Donner la plus petite valeur de l’entier naturel $n$ pour laquelle l’écart entre $T$ et $C_f$ semble être inférieur à $10^{-2}$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points

Thème : Probabilités

Les parties A et B peuvent être traitées de façon indépendante.

Au cours de la fabrication d’une paire de lunettes, la paire de verres doit subir deux traitements notés T1 et T2.

Partie A

On prélève au hasard une paire de verres dans la production.

On désigne par $A$ l’évènement : « la paire de verres présente un défaut pour le traitement T1 ».

On désigne par $B$ l’évènement : « la paire de verres présente un défaut pour le traitement T2 ».

On note respectivement $\conj{A}$ et $\conj{B}$ les évènements contraires de $A$ et $B$.

Une étude a montré que :

  •  la probabilité qu’une paire de verres présente un défaut pour le traitement T1 notée $P(A)$ est égale à $0,1$.
  • la probabilité qu’une paire de verres présente un défaut pour le traitement T2 notée $P(B)$ est égale à $0,2$.
  • la probabilité qu’une paire de verres ne présente aucun des deux défauts est $0,75$.
  1. Recopier et compléter le tableau suivant avec les probabilités correspondantes $$\begin{array}{|c|c|c|c|}
    \hline
    &A&\conj{A}&\text{Total} \\
    \hline
    B&\phantom{123}&\phantom{123}&\phantom{123}\\
    \hline
    \conj{B}&\phantom{123}&\phantom{123}&\phantom{123}\\
    \hline
    \text{Total}&\phantom{123}&\phantom{123}&1\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
  2. a. Déterminer, en justifiant la réponse, la probabilité qu’une paire de verres, prélevée au hasard dans la production, présente un défaut pour au moins un des deux traitements T1 ou T2.
    $\quad$
    b. Donner la probabilité qu’une paire de verres, prélevée au hasard dans la production, présente deux défauts, un pour chaque traitement T1 et T2.
    $\quad$
    c. Les évènements A et B sont-ils indépendants ? Justifier la réponse.
    $\quad$
  3. Calculer la probabilité qu’une paire de verres, prélevée au hasard dans la production, présente un défaut pour un seul des deux traitements.
    $\quad$
  4. Calculer la probabilité qu’une paire de verres, prélevée au hasard dans la production, présente un défaut pour le traitement T2, sachant que cette paire de verres présente un défaut pour le traitement T1.
    $\quad$

Partie B

On prélève, au hasard, un échantillon de $50$ paires de verres dans la production. On suppose que la production est suffisamment importante pour assimiler ce prélèvement à un tirage avec remise. On note $X$ la variable aléatoire qui, à chaque échantillon de ce type, associe le nombre de paires de verres qui présentent le défaut pour le traitement T1.

  1. Justifier que la variable aléatoire $X$ suit une loi binomiale et préciser les paramètres de cette loi.
    $\quad$
  2. Donner l’expression permettant de calculer la probabilité d’avoir, dans un tel échantillon, exactement $10$ paires de verres qui présentent ce défaut.
    Effectuer ce calcul et arrondir le résultat à $10^{-3}$.
    $\quad$
  3. En moyenne, combien de paires de verres ayant ce défaut peut-on trouver dans un échantillon de $50$ paires ?
    $\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Métropole – sujet 1 – 11 mai 2022

Métropole – 11 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 1- Correction

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

Ex 1

Exercice 1

Partie A : Étude du premier protocole

  1. a. Pour tout $t\in[0;10]$ on a
    $\begin{align*} f'(t)&=3\e^{-0,5t+1}+3t\times (-0,5)\e^{-0,5t+1} \\
    &=3(-0,5t+1)\e^{-0,5t+1}\end{align*}$
    $\quad$
    b. La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$.
    Le signe de $f'(t)$ ne dépend donc que de celui de $-0,5t+1$.
    Or $-0,5t+1=0 \ssi -0,5t=-1 \ssi t=2$
    et $-0,5t+1>0 \ssi -0,5t>-1 \ssi t<2$
    On obtient donc le tableau de variations suivant :$\quad$
    c. D’après le tableau de variations, la fonction $f$ atteint son maximum pour $t=2$ et celui-ci vaut $f(2)=6$.
    La quantité de médicament présente dans le sang est donc maximale au bout de $2$ h et elle vaut alors $6$ mg.
    $\quad$
  2. a. La fonction $f$ est continue et strictement croissante sur $[0;2]$.
    De plus, $f(0)=0<5$ et $f(2)=6>5$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $f(t)=5$ admet une unique solution $\alpha$ sur $[0;2]$.
    D’après la calculatrice $\alpha \approx 1,02$.
    $\quad$
    b. $\beta-\alpha \approx 2,44$. Le médicament est donc efficace environ $2,44$ heures soit $2$ heures et $26$ minutes.
    $\quad$

Partie B : Étude du deuxième protocole

  1. La quantité de médicament baisse de $30\%$ au bout d’une heure. Il en reste donc $70\%$ soit $0,7u_0=1,4$.
    On réinjecte $1,8$ mg
    Donc $u_1=1,4+1,8=3,2$.
    Après l’injection de la première heure, il y a donc $3,2$ mg de médicament dans le sang.
    $\quad$
  2. La quantité de médicament baisse de $30\%$ en une heure. Il est donc $70\%$ soit $0,7u_n$.
    On réinjecte $1,8$ mg.
    Donc, pour tout $n\in \N$, on a $u_{n+1}=0,7u_n+1,8$.
    $\quad$
  3. a. Pour tout entier naturel $n$ on note $P(n):~u_b \pp u_{n+1} <6$.
    Initialisation : $u_0=2$ et $u_1=3,2$. Donc $u_0\pp u_1<6$. Donc $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $\begin{align*} u_n\pp u_{n+1} <6 &\ssi 0,7u_n \pp 0,7u_{n+1} < 4,2 \\
    &\ssi 0,7u_n+1,8 \pp 0,7u_{n+1}+1,8<6 \\
    &\ssi u_{n+1} \pp u_{n+2}<6\end{align*}$
    Donc $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Par conséquent, pour tout entier naturel $n$, $u_n\pp u_{n+1} <6$.
    $\quad$
    b. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $6$. Elle converge donc vers un réel $\ell$.
    $\quad$
    c. On considère la fonction $g$ définie sur $\R$ par $g(x)=0,7x+1,8$.
    La fonction $f$ est continue sur $\R$ en tant que fonction affine et, pour tout $n\in \N$ on a $u_{n+1}=g\left(u_n\right)$.
    Ainsi $\ell$ est solution de l’équation $g(x)=x$
    $\begin{align*} 0,7x+1,8=x&\ssi 0,3x=1,8 \\
    &\ssi x=6\end{align*}$
    Donc $\ell=6$.
    Sur le long terme, le patient aura $6$ mg de médicament dans le sang.
    $\quad$
  4. a. Pour tout $n\in \N$
    $\begin{align*} v_{n+1}&=6-u_{n+1} \\
    &=6-0,7u_n-1,8 \\
    &=4,2-0,7u_n \\
    &=0,7\left(6-u_n\right)\\
    &=0,7v_n\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc géométrique de raison $0,7$ et de premier terme $v_0=6-u_0=4$.
    $\quad$
    b. On a donc, pour tout $n\in \N$, $v_n=4\times 0,7^n$.
    Par conséquent $u_n=6-v_n=6-4\times 0,7^n$.
    $\quad$
    c. $\quad$
    $\begin{align*} u_n\pg 5,5&\ssi 6-4\times 0,7^n \pg 5,5 \\
    &\ssi -4\times 0,7^n \pg 0,5 \\
    &\ssi 0,7^n \pp 0,125 \\
    &\ssi n\ln(0,7) \pp \ln(0,125) \\
    &\ssi n \pg \dfrac{\ln(0,125)}{\ln(0,7)} \qquad \text{car } \ln(0,7)<0\end{align*}$
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2

  1. a. On a $\vec{u}(2;-1;2)$.
    $\quad$
    b. Si $t=-1$ alors $x=-1$, $y=3$ et $z=0$ donc $B(-1;3;0)$ appartient à la droite $\mathscr{D}$.
    $\quad$
    c. $\vect{AB}(0;2;-3)$.
    Donc
    $\begin{align*} \vect{AB}.\vec{u}&=0\times 2+2\times (-1)+2\times (-3) \\
    &=-8\end{align*}$
    $\quad$
  2. a. $\vec{u}$ est donc un vecteur normal au plan $\mathscr{P}$.
    Une équation cartésienne de ce plan est par conséquent de la forme : $2x-y+2z+d=0$.
    Or $A(-1;1;3)$ appartient à $\mathscr{P}$.
    Donc $-2-1+6+d=0\ssi d=-3$.
    Une équation cartésienne de $\mathscr{P}$ est $2x-y+2z-3=0$.
    $\quad$
    b. $2\times \dfrac{7}{9}-\dfrac{19}{9}+2\times \dfrac{16}{9}-3=\dfrac{27}{9}-3=0$ : le point de coordonnées $\left(\dfrac{7}{9};\dfrac{19}{9};\dfrac{16}{9}\right)$ appartient à $\mathscr{P}$.
    $1+2t=\dfrac{7}{9}\ssi 2t=\dfrac{-2}{9}\ssi t=\dfrac{-1}{9}$.
    En prenant $t=-\dfrac{1}{9}$ dans l’équation de $\mathscr{D}$ on obtient $\begin{cases} x=\dfrac{7}{9}\\y=\dfrac{19}{9}\\z=\dfrac{16}{9}\end{cases}$ donc le point de coordonnées $\left(\dfrac{7}{9};\dfrac{19}{9};\dfrac{16}{9}\right)$ appartient à $\mathscr{D}$.
    Par conséquent $H$ a pour coordonnées $\left(\dfrac{7}{9};\dfrac{19}{9};\dfrac{16}{9}\right)$.
    $\quad$
    le point de coordonnées $\left(\dfrac{7}{9};\dfrac{19}{9};\dfrac{16}{9}\right)$
    c. $\vect{AH}\left(\dfrac{16}{9};\dfrac{10}{9};-\dfrac{11}{9}\right)$
    Donc
    $\begin{align*} AH&=\sqrt{\left(\dfrac{16}{9}\right)^2+\left(\dfrac{10}{9}\right)^2+\left(\dfrac{-11}{9}\right)^2} \\
    &=\dfrac{\sqrt{477}}{9} \\
    &=\dfrac{\sqrt{53}}{3}\end{align*}$
    $\quad$
  3. a. $(HB)$ est orthogonale au plan $\mathscr{P}$. Par conséquent $\vect{HB}$ et $\vec{u}$ sont colinéaires.
    Il existe donc un réel $k$ tel que $\vect{HB}=k\vec{u}$.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} \vect{AB}.\vec{u}&=\left(\vect{AH}+\vect{HB}\right).\vec{u} \\
    &= \vect{AH}.\vec{u}+ \vect{HB}.\vec{u} \\
    &=0+k\vec{u}.\vec{u} \\
    &=k\left\|\vec{u}\right\|^2\end{align*}$
    Ainsi $kj=\dfrac{\vect{AB}.\vec{u}}{\left\|\vec{u}\right\|^2}$.
    $\quad$
    c. On a $\left\|\vec{u}\right\|^2=2^2+(-1)^2+2^2=9$.
    Ainsi $k=-\dfrac{8}{9}$
    $\quad$
    Soit $H(x;y;z)$
    $\vect{HB}(-1-x;3-x;-z)$.
    $\begin{align*} \vect{HB}=-\dfrac{8}{9}\vec{u}&\ssi \begin{cases} 1-x=-\dfrac{8}{9}\times 2\\3-y=-\dfrac{8}{9}\times (-1)\\-z=-\dfrac{8}{9}\times 2\end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases} x=\dfrac{7}{9}\\y=\dfrac{19}{9}\\z=\dfrac{16}{9}\end{cases}\end{align*}$
    On retrouve donc les coordonnées du point $H$ trouvées à la question 2.b.
    $\quad$
  4. $\vect{BH}\left(\dfrac{16}{9};\dfrac{-8}{9};\dfrac{16}{9}\right)$
    Donc
    $\begin{align*} BH&=\sqrt{\left(\dfrac{16}{9}\right)^2+\left(\dfrac{-8}{9}\right)^2+\left(\dfrac{16}{9}\right)^2} \\
    &=\dfrac{8}{3}\end{align*}$
    On appelle $\mathscr{B}$ l’aire du triangle $ACH$.
    $\begin{align*} \mathscr{V}=\dfrac{1}{3}\times BH\times \mathscr{B} &\ssi \dfrac{8}{9}&=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{8}{3}\times \mathscr{B} \\
    &\ssi \mathscr{B}=1\end{align*}$
    L’aire du triangle $ACH$ vaut $1$ unité d’aire.
    $\quad$

 

 

Ex 3

Exercice 3

  1. a. D’après l’énoncé $P(S)=0,25$.
    $\quad$
    b. On obtient l’arbre suivant :
    $\quad$
    c. On a
    $\begin{align*} P(F\cap S)&=P(F)\times P_F(S) \\
    &=0,52\times 0,4\\
    &=0,208\end{align*}$
    La probabilité que la personne interrogée soit une femme ayant suivi le stage est égale à $0,208$.
    $\quad$
    d. On veut calculer
    $\begin{align*} P_F(S)&=\dfrac{P(S\cap F)}{P(S)} \\
    &=\dfrac{0,208}{0,25} \\
    &=0,832\end{align*}$
    La probabilité que la personne interrogée soit une femme sachant qu’elle a suivi le stage est égale à $0,832$.
    $\quad$
    e. $\left(F,\conj{F}\right)$ forme un système complet d’événements finis.
    D’après la formule des probabilités totales
    $\begin{align*} P(S)=P(S\cap F)+P\left(S\cap \conj{F}\right) &\ssi P\left(S\cap \conj{F}\right)=P(S)-P(S\cap F)\\
    &\ssi P\left(S\cap \conj{F}\right)=0,042\end{align*}$
    Par conséquent
    $\begin{align*} P_F(S)&=\dfrac{P\left(S\cap \conj{F}\right)}{P\left(\conj{F}\right)} \\
    &=\dfrac{0,042}{0,48} \\
    &=0,0875 \\
    &<0,1\end{align*}$
    $\quad$
  2. a. On répète indépendamment $20$ fois  la même expérience de Bernoulli. $X$ compte le nombre de salariés ayant suivi le stage.
    Donc $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=20$ et $p=0,25$.
    $\quad$
    b.
    $\begin{align*} P(X=5)&=\dbinom{10}{5}\times 0,25^5\times (1-0,25)^{10-5} \\
    &\approx 0,202\end{align*}$
    La probabilité que $5$ salariés dans un échantillon de $20$ aient suivi le stage est environ égale à $0,202$.
    $\quad$
    c. Ce programme calcule $P(X\pp k)$.
    D’après la calculatrice $P(X\pp 5) \approx 0,617$.
    Le programme renvoie donc $0,617$.
    $\quad$
    d. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(X\pg 6)&=1-P(X<6) \\
    &=1-P(X\pp 5) \\
    &\approx 0,383\end{align*}$
    $\quad$
  3. $1,05\times 0,25+1,02\times 0,75=1,0275$.
    Le pourcentage moyen d’augmentation des salaires de cette entreprise est donc de $2,75\%$.
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4

  1. D’après la limite des termes de plus haut degré
    $\begin{align*} \lim\limits_{x\to +\infty} f(x)&=\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{-2x^2}{x^2} \\
    &=-2\end{align*}$
    La droite d’équation $y=-2$ est donc asymptote à la courbe représentative de la fonction $f$.
    Réponse C
    $\quad$
  2. Une primitive de $f$ est la fonction $F$ définie sur $\R$ par $F(x)=\dfrac{1}{2}\e^{x^2}+K$
    $F(0)=1 \ssi \dfrac{1}{2}+K=1 \ssi K=\dfrac{1}{2}$
    Réponse D
    $\quad$
  3. $f’$ semble être strictement croissante sur $]-\infty;4[$ et strictement décroissante sur $[4;+\infty[$.
    Donc $f$ est convexe sur $]-\infty;4]$ et concave sur $[4;+\infty[$.
    Réponse C
    $\quad$
  4. La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$. Par conséquent, pour tout réel $x$, $f(x)>0$ sur $\R$. $f$ est la dérivée de chacune de ses primitives.
    Réponse A
    $\quad
  5. Pour tout réel $x$, $f(x)=\dfrac{2\ln(x)}{3x^2}\times \dfrac{1}{1+\dfrac{3}{x^2}}$.
    Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x^2}=0$
    De plus $\lim\limits_{x\to +\infty}  \dfrac{1}{1+\dfrac{3}{x^2}}=0$
    Par conséquent $\lim\limits_{x\to +\infty}f(x)=0$.
    Réponse D
    $\quad$
  6. L’équation peut s’écrire $\left(\e^x\right)^2+\e^x-12=0 \ssi \begin{cases} X=\e^x\\X^2+X-12=0\end{cases}$
    $X^2+X-12=0$ a pour discriminant $\Delta=49>0$
    Ses racines sont donc $X_1=-4$ et $X_2=3$.
    Or $\e^x=-4$ n’admet pas de solution et $\e^x=3$ admet une unique solution $x=\ln(3)$.
    Réponse C
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1     7 points

Thèmes : fonction exponentielle, suites

Dans le cadre d’un essai clinique, on envisage deux protocoles de traitement d’une maladie.
L’objectif de cet exercice est d’étudier, pour ces deux protocoles, l’évolution de la quantité de médicament présente dans le sang d’un patient en fonction du temps.

Les parties A et B sont indépendantes.

Partie A : Étude du premier protocole

Le premier protocole consiste à faire absorber un médicament, sous forme de comprimé, au patient.
On modélise la quantité de médicament présente dans le sang du patient, exprimée en mg, par la fonction $f$ définie sur l’intervalle $[0; 10]$ par $f(t)=3t\e^{-0,5t+1}$, où $t$ désigne le temps, exprimé en heure, écoulé depuis la prise du comprimé.

  1. a. On admet que la fonction $f$ est dérivable sur l’intervalle $[0; 10]$ et on note $f’$ sa fonction dérivée.
    Montrer que, pour tout nombre réel $t$ de $[0; 10]$, on a : $f'(t)=3(-0,5t+1)\e^{-0,5t+1}$.
    $\quad$
    b. En déduire le tableau de variations de la fonction $f$ sur l’intervalle $[0; 10]$.
    $\quad$
    c. Selon cette modélisation, au bout de combien de temps la quantité de médicament présente dans le sang du patient sera-t-elle maximale ? Quelle est alors cette quantité maximale ?
    $\quad$
  2. a. Montrer que l’équation $f(t) = 5$ admet une unique solution sur l’intervalle $[0; 2]$, notée $\alpha$, dont
    on donnera une valeur approchée à $10^{-2}$ près.
    $\quad$
    On admet que l’équation $f(t) = 5$ admet une unique solution sur l’intervalle $[2; 10]$, notée $\beta$, et qu’une
    valeur approchée de $\beta$ à $10^{-2}$ près est $3,46$.
    $\quad$
    b. On considère que ce traitement est efficace lorsque la quantité de médicament présente dans le sang du patient est supérieure ou égale à $5$ mg.
    Déterminer, à la minute près, la durée d’efficacité du  médicament dans le cas de ce protocole.
    $\quad$

Partie B : Étude du deuxième protocole

Le deuxième protocole consiste à injecter initialement au patient, par piqûre intraveineuse, une dose de $2$ mg de médicament puis à réinjecter toutes les heures une dose de $1,8$ mg.

On suppose que le médicament se diffuse instantanément dans le sang et qu’il est ensuite progressivement éliminé.

On estime que lorsqu’une heure s’est écoulée après une injection, la quantité de médicament dans le sang a diminué de $30 \%$ par rapport à la quantité présente immédiatement après cette injection.

On modélise cette situation à l’aide de la suite $\left(u_n\right)$ où, pour tout entier naturel $n$, $u_n$ désigne la quantité de médicament, exprimée en mg, présente dans le sang du patient immédiatement après l’injection de la $n$-ème heure. On a donc $u_0=2$.

  1. Calculer, selon cette modélisation, la quantité $u_1$ de médicament (en mg) présente dans le sang du patient immédiatement après l’injection de la première heure.
    $\quad$
  2. Justifier que, pour tout entier naturel $n$, on a $u_{n+1}=0,7u_n+1,8$.
    $\quad$
  3. a. Montrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a : $u_n \pp u_{n+1} <6$.
    $\quad$
    b. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente. On note $\ell$ sa limite.
    $\quad$
    c. Déterminer la valeur de $\ell$. Interpréter cette valeur dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
  4. On considère la suite $\left(v_n\right)$ définie, pour tout entier naturel $n$, par $v_n=6-u_n$.
    a. Montrer que la suite $\left(v_bn\right)$ est une suite géométrique de raison $0,7$ dont on précisera le premier terme.
    $\quad$
    b. Déterminer l’expression de $v_n$ en fonction de $n$, puis de $u_n$ en fonction de $𝑛$.
    $\quad$
    c. Avec ce protocole, on arrête les injections lorsque la quantité de médicament présente dans le sang du patient est supérieure ou égale à $5,5$ mg.
    Déterminer, en détaillant les calculs, le nombre d’injections réalisées en appliquant ce protocole.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     7 points

Thème : géométrie dans l’espace

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

  • Le point $A$ de coordonnées $(-1;1;3)$;
  • La droite $\mathscr{D}$ dont une représentation paramétrique est : $\begin{cases} x=1+2t\\y=2-t\\z=2+2t\end{cases} \quad ,t\in \R$.

On admet que le point $A$ n’appartient pas à la droite $\mathscr{D}$.

  1. a. Donner les coordonnées d’un vecteur directeur $\vec{u}$ de la droite $\mathscr{D}$.
    $\quad$
    b. Montrer que le point $B(-1; 3; 0)$ appartient à la droite $\mathscr{D}$.
    $\quad$
    c. Calculer le produit scalaire $\vect{AB}.\vec{u}$.
    $\quad$
  2. On note $\mathscr{P}$ le plan passant par le point $A$ et orthogonal à la droite $\mathscr{D}$, et on appelle $H$ le point d’intersection du plan $\mathscr{P}$ et de la droite $\mathscr{D}$. Ainsi, $H$ est le projeté orthogonal de $A$ sur la droite $\mathscr{D}$.
    a. Montrer que le plan $\mathscr{P}$ admet pour équation cartésienne : $2x-y+2z-3=0$.
    $\quad$
    b. En déduire que le point $H$ a pour coordonnées $\left(\dfrac{7}{9};\dfrac{19}{9};\dfrac{16}{9}\right)$.
    $\quad$
    c. Calculer la longueur $AH$. On donnera une valeur exacte.
    $\quad$
  3. Dans cette question, on se propose de retrouver les coordonnées du point $H$, projeté orthogonal du point $A$ sur la droite $\mathscr{D}$, par une autre méthode.On rappelle que le point $B(-1; 3; 0)$ appartient à la droite $\mathscr{D}$ et que le vecteur $\vec{u}$ est un vecteur directeur de la droite $\mathscr{D}$.
    a. Justifier qu’il existe un nombre réel $k$ tel que $\vect{HB}=k\vec{u}$.
    $\quad$
    b. Montrer que $k=\dfrac{\vect{AB}.\vec{u}}{\left\|\vec{u}\right\|^2}$.
    $\quad$
    c. Calculer la valeur du nombre réel $k$ et retrouver les coordonnées du point $H$.
    $\quad$
  4. On considère un point $C$ appartenant au plan $\mathscr{P}$ tel que le volume du tétraèdre $ABCH$ soit égal à $\dfrac{8}{9}$.
    Calculer l’aire du triangle $ACH$.
    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.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     7 points

Thème : probabilités

Le directeur d’une grande entreprise a proposé à l’ensemble de ses salariés un stage de formation à l’utilisation d’un nouveau logiciel.

Ce stage a été suivi par $25 \%$ des salariés.

  1. Dans cette entreprise, $52 \%$ des salariés sont des femmes, parmi lesquelles $40 \%$ ont suivi le stage.
    On interroge au hasard un salarié de l’entreprise et on considère les événements :
    $\bullet$ $F$ : « le salarié interrogé est une femme »,
    $\bullet$ $S$ : « le salarié interrogé a suivi le stage ».
    $\conj{F}$ et $\conj{S}$ désignent les événements contraires des événements $F$ et $S$.
    a. Donner la probabilité de l’événement $S$.
    $\quad$
    b. Recopier et compléter les pointillés de l’arbre pondéré ci-dessous sur les quatre branches indiquées.

    $\quad$
    c. Démontrer que la probabilité que la personne interrogée soit une femme ayant suivi le stage est égale à $0,208$.
    $\quad$
    d. On sait que la personne interrogée a suivi le stage. Quelle est la probabilité que ce soit une femme ?
    $\quad$
    e. Le directeur affirme que, parmi les hommes salariés de l’entreprise, moins de $10 \%$ ont suivi le stage.
    Justifier l’affirmation du directeur.
    $\quad$

  2. On note $X$ la variable aléatoire qui à un échantillon de $20$ salariés de cette entreprise choisis au hasard associe le nombre de salariés de cet échantillon ayant suivi le stage. On suppose que l’effectif des salariés de l’entreprise est suffisamment important pour assimiler ce choix à un tirage avec remise.
    a. Déterminer, en justifiant, la loi de probabilité suivie par la variable aléatoire $X$.
    $\quad$
    b. Déterminer, à $10^{-3}$ près, la probabilité que $5$ salariés dans un échantillon de $20$ aient suivi le stage.
    $\quad$
    c. Le programme ci-dessous, écrit en langage Python, utilise la fonction $\texttt{binomiale(i,n,p)}$ créée pour l’occasion qui renvoie la valeur de la probabilité $P(X=i)$ dans le cas où la variable aléatoire $X$ suit une loi binomiale de paramètres $n$ et $p$.
    $\begin{array}{|l|}
    \hline
    \textbf{def proba}\text{(k):}\\
    \quad \text{P = 0}\\
    \quad \text{for i in range(0 , k + 1):}\\
    \qquad \text{P = P + binomiale(i,20,0.25)}\\
    \quad \textbf{return P}\\
    \hline
    \end{array}$
    Déterminer, à $10^{-3}$ près, la valeur renvoyée par ce programme lorsque l’on saisit $\texttt{proba(5)}$ dans la console Python. Interpréter cette valeur dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
    d. Déterminer, à $10^{-3}$ près, la probabilité qu’au  moins $6$ salariés dans un échantillon de $20$ aient suivi le stage.
    $\quad$
  3. Cette question est indépendante des questions 1 et 2.
    Pour inciter les salariés à suivre le stage, l’entreprise avait décidé d’augmenter les salaires des salariés ayant suivi le stage de $5\ %$, contre $2\%$ d’augmentation pour les salariés n’ayant pas suivi le stage.
    Quel est le pourcentage moyen d’augmentation des salaires de cette entreprise dans ces conditions ?
    $\quad$

$\quad$

Exercice 4     7 points

Thème : fonctions numériques

Cet exercice est un questionnaire à choix multiple.
Pour chaque question, une seule des quatre réponses proposées est exacte. Le candidat indiquera sur sa copie le numéro de la question et la réponse choisie. Aucune justification n’est  demandée.
Une réponse fausse, une réponse multiple ou l’absence de réponse à une question ne rapporte ni n’enlève de point.
Les six questions sont indépendantes.

  1. La courbe représentative de la fonction $f$ définie sur $\R$ par $f(x)=\dfrac{-2x^2+3x-1}{x^2+1}$ admet pour asymptote la droite d’équation :
    a. $x=-2$;
    b. $y=-1$;
    c. $y=-2$;
    d. $y=0$.
    $\quad$
  2. Soit $f$ la fonction définie sur $\R$ par $f(x)=x\e^{x^2}$.
    La primitive $F$ de $f$ sur $\R$ qui vérifie $F(0)=1$ est définie par :
    a. $F(x)=\dfrac{x^2}{2}\e^{x^2}$;
    b. $F(x)=\dfrac{1}{2}\e^{x^2}$;
    c. $F(x)=\left(1+2x^2\right)\e^{x^2}$;
    d. $F(x)=\dfrac{1}{2}\e^{x^2}+\dfrac{1}{2}$.
    $\quad$
  3. On donne ci-dessous la représentation graphique $\mathscr{C}_{f’}$ de la fonction dérivée $f’$ d’une fonction $f$ définie sur ℝ.
    On peut affirmer que la fonction $f$ est :
    a. concave sur $]0; +\infty[$ ;
    b. convexe sur $]0; +\infty[$ ;
    c. convexe sur $[0; 2]$ ;
    d. convexe sur $[2; +\infty[$.
    $\quad$
  4. Parmi les primitives de la fonction $f$ définie sur $\R$ par $f(x)=3\e^{-x^2}+2$:
    a. toutes sont croissantes sur $\R$ ;
    b. toutes sont décroissantes sur $\R$ ;
    c. certaines sont croissantes sur $\R$ et d’autres décroissantes sur $\R$ ;
    d. toutes sont croissantes sur $]−\infty; 0]$ et décroissantes sur $[0; +\infty[$.
    $\quad$
  5. La limite en $+\infty$ de la fonction $f$ définie sur l’intervalle $]0;+\infty[$ par $f(x)=\dfrac{2\ln(x)}{3x^2+1}$ est égale à :
    a. $\dfrac{2}{3}$ ;
    b. $+\infty$ ;
    c. $-\infty$ ;
    d. $0$.
    $\quad$
  6. L’équation $\e^{2x}+\e^x-12=0$ admet dans $\R$ :
    a. trois solutions ;
    b. deux solutions ;
    c. une seule solution ;
    d. aucune solution.
    $\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Polynésie – sujet 2 – 5 mai 2022

Polynésie – 5 mai 2022

Spécialité maths – Sujet 2- Correction

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

Ex 1

Exercice 1     7 points

Thèmes : fonctions, primitives, probabilités

  1. Pour tout $x\in ]0;+\infty[$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=1\times \ln(x)+x\times \dfrac{1}{x}-1 \\
    &=\ln(x)\end{align*}$
    Réponse a
    $\quad$
  2. Pour tout réel $x\in ]0;+\infty[$ on a $g(x)=x^2-x^2\ln(x)$
    Or $\lim\limits_{x\to 0} x^2=0$ et, par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to 0} x^2\ln(x)=0$.
    Donc $\lim\limits_{x\to 0} g(x)=0$.
    Réponse c
    $\quad$
  3. Pour tout réel $x$ on a $f(x)=x\left(x^2-0,9x-0,1\right)$
    $f(x)=0\ssi x=0$ ou $x^2-0,9x-0,1=0$.
    Le discriminant de $x^2-0,9x-0,1$ est $\Delta=(-0,9)^2-4\times \times 1\times (-0,1)=1,21>0$.
    L’équation $x^2-0,9x-0,1=0$ possède donc deux solutions distinctes. $0$ n’est pas solution de cette équation.
    Ainsi l’équation $f(x)=0$ admet exactement $3$ solutions.
    Réponse d
    $\quad$
  4. On considère la fonction $K$ définie sur $\R$ par $K(x)=\dfrac{1}{2}H(2x)$
    La fonction $K$ est dérivable sur $\R$ en tant que composée de fonctions dérivables.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} K'(x)&=\dfrac{1}{2}\times 2H'(2x)\\
    &=H'(2x) \\
    &=h(2x)\\
    &=k(x)\end{align*}$
    Réponse c
    $\quad$
  5. La fonction $f$ est dérivable sur $\R$ en tant que produit de fonctions dérivables.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*}f'(x)&=\e^x+x\e^x \\
    &=(1+x)\e^x\end{align*}$
    Donc $f'(1)=2\e$.
    De plus $f(1)=\e$.
    Une équation de la tangente au point d’abscisse $1$ de la courbe de la fonction $f$ est donc $y=2\e(x-1)+\e$
    Soit $y=2\e x-\e$.
    Réponse b
    $\quad$
  6. $\quad$
    $\begin{align*} (0,2)^n<0,001&\ssi n\ln(0,2)<\ln(0,001) \\
    &\ssi n>\dfrac{\ln(0,001)}{\ln(0,2)}\qquad \text{(car $\ln(0,2)<0$)}\end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,001)}{\ln(0,2)}\approx 4,29$.
    L’ensemble solution de l’inéquation est donc l’ensemble des entiers naturels supérieurs ou égaux à $5$.
    Réponse d
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2     7 points

Thème : probabilités

Partie 1

  1. On a $P(C)=0,2$ et $P_C(D)=0,1$
    Donc
    $\begin{align*} P(C\cap D)&=P(C)\times P_C(D) \\
    &=0,2\times 0,1\\
    &=0,02\end{align*}$
    $\quad$
  2. $\left(C,\conj{C}\right)$ forme un système complet d’événements finis.
    D’après la formule des probabilités totales :
    $\begin{align*} P(D)&=P(C\cap D)+P\left(\conj{C}\cap D\right) \\
    &=0,02+P\left(\conj{C}\right)\times P_{\conj{C}}(D) \\
    &=0,02+0,8\times 0,02 \\
    &=0,036\end{align*}$
    $\quad$
  3. On veut calculer
    $\begin{align*} P_D(C)&=\dfrac{P(C\cap D)}{P(D)} \\
    &=\dfrac{0,02}{0,036} \\
    &=\dfrac{5}{9}\end{align*}$
    La probabilité que le casque soit contrefait sachant qu’il a un défaut est égale à $\dfrac{5}{9}$.
    $\quad$

Partie 2

  1. a. On répète $35$ fois la même expérience de Bernoulli de paramètre $0,036$. $X$ est égale au nombre de casques présentant un défaut de conception.
    Donc $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=35$ et $p=0,036$.
    $\quad$
    b. On veut calculer :
    $\begin{align*} P(X=1)&=\dbinom{35}{1}\times 0,036^1\times (1-0,036)^{35-1} \\
    &=35\times 0,036\times 0,964^{34} \\
    &\approx 0,362\end{align*}$
    La probabilité qu’il y ait parmi les casques commandés exactement un casque présentant un défaut de conception est environ égale à $0,362$.
    $\quad$
    c. 
    $\begin{align*}P(X\pp 1)&=P(X=0)+P(X=1) \\
    &=0,964^{35}+35\times 0,036\times 0,964^{34} \\
    &\approx 0,639\end{align*}$
    $\quad$
  2. On répète $n$ fois la même expérience de Bernoulli de paramètre $0,036$. On appelle $Y$ la variable aléatoire égale au nombre de casques présentant un défaut de conception.
    Donc $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n$ et $p=0,036$.
    $\begin{align*} P(Y\pg 1)>0,99 &\ssi 1-P(Y=0)>0,99 \\
    &\ssi P(Y=0)<0,01  \\
    &\ssi 0,964^n <0,01 \\
    &\ssi n\ln(0,964)<\ln(0,01) \\
    &\ssi n>\dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,964)} \qquad \text{(car $\ln(0,964)<0$)} \end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,01)}{\ln(0,964)} \approx 125,6$.
    Il faut donc commander au moins $126$ casques pour que la probabilité qu’au moins un casque présente un défaut soit supérieure à $0,99$.
    $\quad$

Ex 3

Exercice 3     7 points

Thème : suites, fonctions

  1. $\quad$
    $\begin{align*} u_1&=0,008u_1\left(200-u_1\right) \\
    &=0,008\times 40(200-40)\\
    &=51,2\end{align*}$
    Selon ce modèle il y avait environ $52$ oiseaux dans la colonie au début de l’année 2022.
    $\quad$
  2. $\quad$
    $\begin{align*}
    f(x)=x&\ssi 0,008x(200-x)=x \\
    &\ssi 0,008x(200-x)-x=0 \\
    &\ssi x\left(0,008(200-x)-1\right)=0 \\
    &\ssi x(1,6-0,008x-1)=0 \\
    &\ssi (0,6-0,008x)=0\\
    &\ssi x=0 \text{ ou } 0,6-0,008x=0 \\
    &\ssi x=0 \text{ ou } x=\dfrac{0,6}{0,008} \\
    &\ssi x=0 \text{ ou } x=75 \end{align*}$
    Les solutions de l’équation $f(x)=x$ sont donc $0$ et $75$.
    $\quad$
  3. a. Il y a au moins deux méthodes pour répondre à la question :
    – étudier le signe de $f'(x)$;
    – utiliser les propriétés sur les variations des fonctions polynômes du second degré (ce qui va être fait ici)
    Pour tout réel $x$ on a
    $f(x)=-0,008x^2+1,6x$
    Le coefficient principal est $a=-0,008<0$.
    Ainsi $f$ admet un maximum au point d’abscisse $\dfrac{-1,6}{2\times (-0,008)} =100$.
    La fonction est donc strictement croissante sur l’intervalle $[0;100]$.
    On obtient alors le tableau de variations suivant :
    $\quad$

    $\quad$
    b. Pour tout entier naturel $n$ on a $u_{n+1}=0,008u_n\left(200-u_n\right)$
    Donc $u_{n+1}=f\left(u_n\right)$.
    Pour tout entier naturel $n$ on pose $P(n):~0\pp u_n \pp u_{n+1}\pp 100$.
    Initialisation : $u_0=40$ et $u_1=51,2$. Or $0\pp 40\pp 51,2\pp 100$. Donc $P(0)$ est vraie.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose $P(n)$ vraie.
    $0\pp u_n \pp u_{n+1} \pp 100$.
    La fonction $f$ est croissante sur $[0;100]$.
    Donc $f(0) \pp f\left(u_n\right) \pp f\left(u_{n+1}\right) \pp f(100)$
    Soit $0\pp u_{n+1} \pp u_{n+2} \pp 80\pp 100$. $P(n+1)$ est vraie.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Pour tout entier naturel $n$, $0\pp u_n \pp u_{n+1} \pp 100$.
    $\quad$
    c. La suite $\left(u_n\right)$ est donc croissante et majorée par $100$.
    Elle converge donc vers un réel $\ell$.
    $\quad$
    d. La fonction $f$ est continue sur $[0;100]$.
    Donc $\ell$ est solution de l’équation $f(x)=x$ dont l’unique solution est $75$ d’après la question 2.
    Ainsi $\ell=75$.
    Cela signifie que sur le long terme la colonie comptera $75$ individus.
    $\quad$
  4. La fonction renvoie l’année où la population dépasse la valeur $p$ envoyée en paramètre.
    La suite $\left(u_n\right)$ est majorée par $75$. Elle ne peut donc pas prendre de valeurs supérieures à $100$.
    Cela explique donc pourquoi $\texttt{seuil(100)}$ ne renvoie aucune valeur.
    Remarque : On se retrouve dans une boucle infinie!
    $\quad$

Ex 4

Exercice 4     7 points

Thème : géométrie dans le plan et l’espace

Partie 1. Première méthode

  1. On a $A(0;0;0)$ , $B(1;0;0)$ et $G(1;1;1)$.
    $\quad$
  2. $\vect{BK}\left(-1;\dfrac{1}{2};\dfrac{1}{2}\right)$.
    $\vect{AI}\left(\dfrac{1}{2};0;1\right)$ et $\vect{AG}(1;1;1)$.
    Les vecteurs $\vect{AI}$ et $\vect{AG}$ ne sont pas colinéaires.
    $\begin{align*} \vect{BK}.\vect{AI}&=-1\times \dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{2}\times 0+\dfrac{1}{2}\times 1 \\
    &=0\end{align*}$
    $\begin{align*} \vect{BK}.\vect{AG}&=-1\times 1+\dfrac{1}{2}\times 1+\dfrac{1}{2}\times 1 \\
    &=0\end{align*}$
    Le vecteur $\vect{BK}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(AIG)$.
    Par conséquent la droite $(BK)$ est orthogonale au plan $(AIG)$.
    $\quad$
  3. $-2\vect{BK}(2;-1;-1)$ est normal au plan $(AIG)$.
    Une équation cartésienne du plan $(AIG)$ est donc de la forme $2x-y-z+d=0$.
    Or $A(0;0;0)$ appartient à ce plan donc $d=0$.
    Ainsi, une équation cartésienne du plan $(AIG)$ est 2x-y-z=0$.
    $\quad$
  4. Une représentation paramétrique de la droite $(BK)$ est :
    $\begin{cases} x=1+2t\\y=-t\\z=-t\end{cases} \qquad ,t\in \R$.
    Remarque : plutôt que de prendre le vecteur $\vect{BK}$ comme vecteur directeur, on peut choisir $2\vect{BK}$ dont les coordonnées sont entières.
    $\quad$
  5. $2\times \dfrac{1}{3}-\dfrac{1}{3}-\dfrac{1}{3}=0$ donc $L\left(\dfrac{1}{3};\dfrac{1}{3};\dfrac{1}{3}\right)$ appartient au plan $(AIG)$.
    En prenant $t=-\dfrac{1}{3}$ dans la représentation paramétrique de la droite $(BK)$ on retrouve les coordonnées du point $L$.
    Ainsi $L$ appartient à la fois à la droite $(BK)$ et au plan $(AIG)$.
    $L\left(\dfrac{1}{3};\dfrac{1}{3};\dfrac{1}{3}\right)$ est le projeté orthogonal du point $B$ sur le plan $(AIG)$.
    $\quad$
  6. $\vect{BL}\left(-\dfrac{2}{3};\dfrac{1}{3};\dfrac{1}{3}\right)$
    $\begin{align*} BL&=\sqrt{\left(-\dfrac{2}{3}\right)^2+\left(\dfrac{1}{3}\right)^2+\left(\dfrac{1}{3}\right)^2} \\
    &=\sqrt{\dfrac{6}{9}} \\
    &=\sqrt{\dfrac{2}{3}}\end{align*}$
    La distance du point $B$ au plan $(AIG)$ est donc égale à $\sqrt{\dfrac{2}{3}}$.
    $\quad$

Partie 2. Deuxième méthode

  1. a. $ABCDEFGH$ est un cube. L’arête $[FG]$ est perpendiculaire au plan $(ABF)$ auquel appartient le point $I$.
    Donc, dans le tétraèdre $ABIG$, $[GF]$ est la hauteur relative à la base $AIB$.
    $\quad$
    b. L’aire de $AIB$ est :
    $\begin{align*} \mathscr{B}&=\dfrac{AE\times AB}{2} \\
    &=\dfrac{1}{2}\end{align*}$
    De plus $GF=1$
    Ainsi, le volume de $ABIG$ est :
    $\begin{align*} \mathscr{V}&=\dfrac{1}{3}\times GF\times \mathscr{B} \\
    &=\dfrac{1}{6}\end{align*}$
    $\quad$
  2. Le triangle $AIG$ est donc isocèle en $I$.
    La hauteur issue de $I$ coupe donc le côté $[AG]$ en son milieu $0$.
    Ainsi $AO=\dfrac{\sqrt{3}}{2}$.
    Dans le triangle $AOI$ rectangle en $O$ on applique le théorème de Pythagore.
    $\begin{align*}AI^2=AO^2+OI^2 &\ssi OI^2=AI^2-AO^2 \\
    &\ssi OI^2=\dfrac{5}{4}-\dfrac{3}{4} \\
    &\ssi OI^2=\dfrac{1}{2}\end{align*}$
    Donc $OI=\dfrac{1}{\sqrt{2}}$.
    L’aire du triangle $AIG$ est :
    $\begin{align*} \mathscr{A}&=\dfrac{OI\times AG}{2} \\
    &=\dfrac{\dfrac{1}{\sqrt{2}}\times \sqrt{3}}{2} \\
    &=\dfrac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}} \\
    &=\dfrac{\sqrt{6}}{4}\end{align*}$
    $\quad$
  3. On appelle $h$ la longueur de la hauteur issue de $B$ dans le tétraèdre $ABIG$
    Ainsi
    $\begin{align*} \mathscr{V}=\dfrac{1}{3}\times h\times \mathscr{A} &\ssi
    \dfrac{1}{6}=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{\sqrt{6}}{4}h\\
    &\ssi h=\dfrac{\dfrac{1}{6}}{\dfrac{1}{3}\times \dfrac{\sqrt{6}}{4}} \\
    &\ssi h=\dfrac{\sqrt{6}}{3}\end{align*}$
    On retrouve bien la valeur trouvée à la question 6. puisque :
    $\begin{align*} \sqrt{\dfrac{2}{3}}&=\sqrt{\dfrac{2}{3}}\times \dfrac{\sqrt{3}}{\sqrt{3}} \\
    &=\dfrac{\sqrt{6}}{3}\end{align*}$
    $\quad$

Énoncé

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

Métropole – septembre 2021

Spécialité maths – Sujet 2 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1 (4 points)

  1. On obtient l’arbre pondéré suivant :
    $\quad$
    $\quad$
  2. a. On veut calculer :
    $\begin{align*} p(S\cap I)&=p(S)\times p_S(I) \\
    &=0,08\times 0,9\\
    &=0,072\end{align*}$
    La probabilité que le courriel choisi soit un message de spam et qu’il soit classé indésirable est égale à $0,072$.
    $\quad$
    b. $\left(S,\conj{S}\right)$ forme un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales on a :
    $\begin{align*} p(I)&=p(S)p_S(I)+p\left(\conj{S}\right)p_{\conj{S}}(I) \\
    &=0,08\times 0,9+0,92\times 0,01 \\
    &=0,0812\end{align*}$
    La probabilité que le message soit classé indésirable est $0,0812$.
    $\quad$
    c. On veut calculer :
    $\begin{align*} p_I(S)&=\dfrac{p(S)\times p_S(I)}{p(I)} \\
    &=\dfrac{0,08\times 0,9}{0,0812} \\
    &\approx 0,89\end{align*}$
    La probabilité que le message soit du spam sachant qu’il est classé comme indésirable est environ égale à $0,89$.
    $\quad$
  3. a. On effectue $50$ tirages aléatoires, identiques et indépendants. À chaque tirage il n’y a que deux issues : $S$ et $\conj{S}$.
    Ainsi $Z$ suit la loi binomiale de paramètres $n=50$ et $p=0,08$.
    $\quad$
    b. On a :
    $\begin{align*} p(Z\pg 2)&=1-p(Z=0)-p(Z=1) \\
    &=1-0,92^{50}-\dbinom{50}{1}0,08\times 0,92^{49} \\
    &=1-0,92^{50}-50\times 0,08\times 0,92^{49} \\
    &\approx 0,92\end{align*}$
    La probabilité qu’au moins deux courriels choisis soient du spam est environ égale à $0,92$.
    $\quad$

 

Ex 2

Exercice 2 (5 points)

  1. Si $t=-2$ on obtient alors $\begin{cases} x=-3\\y=-4\\z=6\end{cases}$
    Le point $N(-3;-4;6)$ appartient donc à la droite $\Delta$.
    Réponse B
    $\quad$
  2. $\vect{AB}$ a pour coordonnées $\begin{pmatrix} 2-1\\1-0\\0-2\end{pmatrix}$ soit $\begin{pmatrix} 1\\1\\-2\end{pmatrix}$
    Réponse C
    $\quad$
  3. La droite $(AB)$ passe par le point $B(2;1;0)$ et a pour vecteur directeur $\vect{AB}\begin{pmatrix} 1\\1\\-2\end{pmatrix}$ mais également le vecteur $-\vect{AB}\begin{pmatrix} -1\\-1\\2\end{pmatrix}$
    Ainsi, une représentation paramétrique de $(AB)$ est $\begin{cases} x=2-t\\y=1-t\\z=2t\end{cases}\quad, t\in \R$.
    Réponse B
    $\quad$
  4. Un vecteur directeur de $\Delta$ est $\vec{n}\begin{pmatrix}2\\1\\-1\end{pmatrix}$
    Ainsi une équation cartésienne de ce plan est de la forme $2x+y-z+d=0$.
    Le point $C(0;1;2)$ appartient à ce plan.
    Donc $0+1-2+d=0 \ssi d=1$.
    Une équation cartésienne du plan est $2x+y-z+1=0$.
    Réponse B
    $\quad$
  5. On a
    $\begin{align*} \vect{AD}&=\vect{AO}+\vect{OD} \\
    &=\vect{AO}+3\vect{OA}-\vect{OB}-\vect{OC} \\
    &=2\vect{OA}-\vect{OB}-\vect{OC} \\
    &=\vect{BO}+\vect{OA}+\vect{CO}+\vect{OA} \\
    &=\vect{BA}+\vect{CA}\end{align*}$
    Ainsi les vecteurs $\vect{AD}$, $\vect{AB}$ et $\vect{AC}$ sont coplanaires.
    Réponse A
    $\quad$

 

 

Ex 3

Exercice 3 (6 points)

Partie 1

  1. $\lim\limits_{x\to -\infty} -2x=+\infty$ et $\lim\limits_{X\to +\infty} \e^X=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to -\infty} -\e^{-2x}=-\infty$
    Ainsi $\lim\limits_{x\to -\infty} f(x)=-\infty$
    $\lim\limits_{x\to +\infty} -2x=-\infty$ et $\lim\limits_{X\to -\infty} \e^X=0$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} -\e^{-2x}=0$
    Ainsi $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$
    $\quad$
  2. La fonction $f$ est dérivable sur $\R$ en tant que somme et composée de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=1-(-2)\e^{-2x} \\
    &=1+2\e^{-2x}\\
    &>0\end{align*}$
    La fonction $f$ est donc strictement croissante sur $\R$.
    On obtient le tableau de variation suivant :
    $\quad$

    $\quad$
  3. La fonction $f$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $\R$.
    De plus $\lim\limits_{x\to -\infty} f(x)=-\infty$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $f(x)=0$ admet une unique solution sur $\R$.
    D’après la calculatrice $\alpha \approx 0,43$.
    $\quad$
  4. La fonction $f$ est strictement croissante sur $\R$ et s’annule en $\alpha$.
    Donc :
    – $f(x)<0$ sur $]-\infty;\alpha[$;
    – $f(\alpha)=0$;
    – $f(x)>0$ sur $]\alpha;+\infty[$.
    $\quad$

Partie II

  1. a. La fonction $t\mapsto t^2+\e^{-2t}$ est dérivable sur $\R$ en tant que somme de fonctions dérivables sur $\R$. Cette fonction est de plus positive en tant que somme de fonctions positives.
    La fonction $h$ est donc dérivable sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*} h'(t)&=\dfrac{2t-2\e^{-2t}}{2\sqrt{t^2+\e^{-2t}}} \\
    &=\dfrac{t-\e^{-t}}{\sqrt{t^2+\e^{-2t}}} \\
    &=\dfrac{h(t)}{\sqrt{t^2+\e^{-2t}}}\end{align*}$
    $\quad$
    b. $h'(x)$ a donc le même signe que $f(x)$ pour tout réel $x$.
    D’après la question I.4. on a donc :
    – $h'(x)<0$ sur $]-\infty;\alpha[$;
    – $h'(\alpha)=0$;
    – $h(x)>0$ sur $]\alpha;+\infty[$.
    Ainsi $h$ admet un minimum en $\alpha$.
    Le point $A\left(\alpha,g(\alpha)\right)$, c’est-à-dire $A\left(\alpha,\e^{-\alpha}\right)$, est le point de la courbe $\mathscr{C}$ pour lequel la longueur $OM$ est minimale.
    $\quad$
  2. a. Le coefficient directeur de la tangente $T$ est $g'(\alpha)=-\e^{-\alpha}$.
    $\quad$
    b. Le produit des deux coefficients directeurs est :
    $\begin{align*} -\e^{-\alpha}\times \dfrac{\e^{-\alpha}}{\alpha}&=-\dfrac{\e^{-2\alpha}}{\alpha} \\
    &=-\dfrac{\alpha}{\alpha} \quad \text{car }f(\alpha)=0 \ssi \e^{-2\alpha}=\alpha  \\
    &=-1\end{align*}$
    Les droites $(OA)$ et $T$ sont donc perpendiculaires.
    $\quad$

$\quad$

Ex A

Exercice A (5 points)

  1. On a $u_1=\dfrac{3\times 16+2\times 5}{5}=11,6$.
    et $v_1=\dfrac{16+5}{2}=10,5$
    $\quad$
  2. a. Soit $n\in \N$.
    $\begin{align*} w_{n+1}&=u_{n+1}-v_{n+1} \\
    &=\dfrac{3u_n+2v_n}{5}-\dfrac{u_n+v_n}{2} \\
    &=\dfrac{6u_n+4v_n-5u_n-5v_n}{10} \\
    &=\dfrac{u_n-v_n}{10} \\
    &=0,1 w_n\end{align*}$
    La suite $\left(w_n\right)$ est donc géométrique de raison $0,1$ et de premier terme $w_0=u_0-v_0=11$.
    Ainsi, pour tout $n\in \N$ on a $w_n=11\times 0,1^n$.
    $\quad$
    b. Pour tout $n\in \N$ on a $w_n\pg 0$ en tant que produit de facteurs positifs.
    De plus $-1<0,1<1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} w_n=0$.
    $\quad$
  3. a. Soit $n\in \N$. On a
    $\begin{align*} u_{n+1}-u_n&=\dfrac{3u_n+2v_n}{5}-u_n \\
    &=\dfrac{3u_n+2v_n-5u_n}{5} \\
    &=\dfrac{-2u_n+2v_n}{5} \\
    &=-\dfrac{2}{5} \times \left(u_n-v_n\right) \\
    &=-0,4w_n\end{align*}$
    $\quad$
    b. $w_n\pg 0$ et $u_{n+1}-u_n=-0,4w_n$ pour tout $n\in \N$.
    Ainsi $u_{n+1}-u_n \pp 0$ pour tout $n\in \N$.
    La suite $\left(u_n\right)$ est donc décroissante.
    On admet que la suite $\left(v_n\right)$ est croissante et on sait que $v_0=5$.
    Ainsi, pour tout $n\in \N$ on a $v_n\pg v_0$ soit $v_n\pg 5$.
    $\quad$
    c. Initialisation : On a $u_0=16$ donc $u_0\pg 5$.
    La propriété est vraie au rang $0$.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose que la propriété est vraie au rang $n$.
    $\begin{align*} u_{n+1}&=\dfrac{3u_n+2v_n}{5} \\
    &\pg \dfrac{3\times 5+2\times 5}{5} \\
    &\pg 5\end{align*}$
    La propriété est donc vraie au rang $n+1$.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Ainsi, pour tout $n\in \N$ on a $u_n \pg 5$.
    $\quad$
    La suite $\left(u_n\right)$ est donc décroissante et minorée par $5$. Elle est par conséquent convergente.
    $\quad$
  4. a. Pour tout $n\in \N$ on a $w_n=u_n-v_n$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} w_n=0$.
    Or $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n-v_n=\ell-\ell’$
    Ainsi $\ell-\ell’=0 \ssi \ell=\ell’$.
    $\quad$
    b. Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} c_{n+1}&=5u_{n+1}+4v_{n+1} \\
    &=3u_n+2v_n+2\left(u_n+v_n\right) \\
    &=3u_n+2v_n+2u_n+2v_n\\
    &=5u_n+4v_n\\
    &=w_n\end{align*}$
    La suite $\left(c_n\right)$ est donc constante.
    Or $c_0=5u_0+4v_0=100$.
    Ainsi, pour tout $n\in \N$ on a $c_n=100$.
    $\quad$
    c. Or $\lim\limits_{n\to +\infty} c_n=5\ell+4\ell’$ soit $\lim\limits_{n\to +\infty} c_n=9\ell$ puisque $\ell=\ell’$.
    Par conséquent $9\ell=100 \ssi \ell=\dfrac{100}{9}$.
    $\quad$

Remarque : On dit que les suites $\left(u_n\right)$ et $\left(v_n\right)$ sont adjacentes.

Ex B

Exercice B (5 points)

Partie 1

  1. $f(x)=0\ssi 2\ln(x)-1=0 \ssi \ln(x)=\dfrac{1}{2}\ssi x=\e^{1/2}$.
    Ainsi l’équation $f(x)=0$ possède une unique solution $\alpha=\e^{1/2}\approx 1,65$.
    $\quad$
  2. Graphiquement :
    – $f(x)<0$ sur $]0;\alpha[$;
    – $f(\alpha)=0$;
    – $f(x)>0$ sur $]\alpha;+\infty[$
    $\quad$

Partie II

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

    On a en effet $\alpha=\e^{1/2}$ donc $g(\alpha)=\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{2}=-\dfrac{1}{4}$
    $\quad$
  4. La fonction $g$ est continue (car dérivable) et strictement décroissante sur $]0;\alpha[$.
    De plus $\lim\limits_{x\to 0^+} g(x)=+\infty$ et $f(\alpha)=-0,25<m$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $g(x)=m$ possède une unique solution sur $]0;\alpha[$.
    $\quad$
    La fonction $g$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $]\alpha;+\infty[$.
    De plus $\lim\limits_{x\to +\infty} g(x)=+\infty$ et $f(\alpha)=-0,25<m$
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $g(x)=m$ possède une unique solution sur $]\alpha;+\infty[$.
    $\quad$
    De plus $g(\alpha)\neq m$.
    L’équation $g(x)=m$ possède donc exactement deux solutions sur $\R$ pour tout $m>-0,25$.
    $\quad$
  5. $g(x)=0 \ssi \ln(x)\left(\ln(x)-1\right)=0 \ssi \ln(x)=0$ ou $\ln(x)=1$
    Ainsi $g(x)=0 \ssi x=1$ ou $x=\e$
    Les solutions de l’équation $g(x)=0$ sont donc $1$ et $\e$.
    $\quad$

 

 

 

 

Énoncé

Le candidat traite 4 exercices : les exercices 1, 2 et 3 communs à tous les candidats et un seul des deux exercices A ou B.

Exercice 1     4 points

Une entreprise reçoit quotidiennement de nombreux courriels (courriers électroniques).
Parmi ces courriels, $8 \%$ sont du « spam », c’est-à-dire des courriers à intention publicitaire, voire malveillante, qu’il est souhaitable de ne pas ouvrir.
On choisit au hasard un courriel reçu par l’entreprise.
Les propriétés du logiciel de messagerie utilisé dans l’entreprise permettent d’affirmer que :

  • La probabilité que le courriel choisi soit classé comme « indésirable » sachant que c’est un spam est égale à $0,9$.
    • La probabilité que le courriel choisi soit classé comme « indésirable » sachant que ce n’est pas un spam est égale à $0,01$.

On note :

  • $S$ l’évènement « le courriel choisi est un spam »;
  • $I$ l’évènement « le courriel choisi est classé comme indésirable par le logiciel de messagerie ».
  • $\conj{S}$ et $\conj{I}$ les évènements contraires de $S$ et $I$ respectivement.
  1. Modéliser la situation étudiée par un arbre pondéré, sur lequel on fera apparaître les probabilités associées à chaque branche.
    $\quad$
  2. a. Démontrer que la probabilité que le courriel choisi soit un message de spam et qu’il soit classé indésirable est égale à $0,072$.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité que le message choisi soit classé indésirable.
    $\quad$
    c. Le message choisi est classé comme indésirable. Quelle est la probabilité que ce soit effectivement un message de spam ? On donnera un résultat arrondi au centième.
    $\quad$
  3. On choisit au hasard $50$ courriels parmi ceux reçus par l’entreprise. On admet que ce choix se ramène à un tirage au hasard avec remise de $50$ courriels parmi l’ensemble des courriels reçus par l’entreprise.
    On appelle $Z$ la variable aléatoire dénombrant les courriels de spam parmi les $50$ choisis.
    a. Quelle est la loi de probabilité suivie par la variable aléatoire $Z$, et quels sont ses paramètres ?
    $\quad$
    b. Quelle est la probabilité que, parmi les $50$ courriels choisis, deux au moins soient du spam ? On donnera un résultat arrondi au centième.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     5 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.

Dans l’espace rapporté à un repère orthonormé $\Oijk$, on considère les points $A(1; 0; 2)$, $B(2; 1; 0)$, $C(0; 1; 2)$ et la droite $\Delta$ dont une représentation paramétrique est : $\begin{cases} x=1+2t\\y=-2+t\\z=4-t\end{cases} \quad,t\in \R$.

  1. Parmi les points suivants, lequel appartient à la droite $\Delta$?
    Réponse A : $M(2 ; 1 ; -1)$;
    Réponse B : $N(-3 ; -4 ; 6)$;
    Réponse C : $P(-3 ; -4 ; 2)$;
    Réponse D : $Q(-5 ; -5 ; 1)$.
    $\quad$
  2. Le vecteur $\vect{AB}$ admet pour coordonnées :
    Réponse A : $\begin{pmatrix} 1,5\\0,5\\1\end{pmatrix}$
    Réponse B : $\begin{pmatrix} -1\\-1\\2\end{pmatrix}$
    Réponse C : $\begin{pmatrix} 1\\1\\-2\end{pmatrix}$
    Réponse D : $\begin{pmatrix} 3\\1\\2\end{pmatrix}$
    $\quad$
  3. Une représentation paramétrique de la droite $(AB)$ est :
    Réponse A : $\begin{cases} x=1+2t\\y=t\\z=2\end{cases} \quad,t\in\R$
    Réponse B : $\begin{cases} x=2-t\\y=1-t\\z=2t\end{cases} \quad,t\in\R$
    Réponse C : $\begin{cases} x=2+t\\y=1+t\\z=2t\end{cases} \quad,t\in\R$
    Réponse D : $\begin{cases} x=1+t\\y=1+t\\z=2-2t\end{cases} \quad,t\in\R$
    $\quad$
  4. Une équation cartésienne du plan passant par le point $C$ et orthogonal à la droite $\Delta$ est :
    Réponse A : $x-2y +4z -6 = 0$;
    Réponse B : $2x + y – z +1 = 0$;
    Réponse C : $2x + y – z -1 = 0$;
    Réponse D : $y +2z -5 = 0$.
    $\quad$
  5. On considère le point $D$ défini par la relation vectorielle $\vect{OD}=3\vect{OA}-\vect{OB}-\vect{OC}$.
    Réponse A : $\vect{AD}$, $\vect{AB}$, $\vect{AC}$ sont coplanaires;
    Réponse B : $\vect{AD} =\vect{BC}$;
    Réponse C : $D$ a pour coordonnées $(3 ; -1 ; -1)$;
    Réponse D : les points $A$, $B$, $C$ et $D$ sont alignés.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     6 points

Partie I

On considère la fonction $f$ définie sur $\R$ par $$f (x) = x -\e^{-2x}$$
On appelle $\Gamma$ la courbe représentative de la fonction $f$ dans un repère orthonormé $\Oij$.

  1. Déterminer les limites de la fonction $f$ en $-\infty$ et en $+\infty$.
    $\quad$
  2. Étudier le sens de variation de la fonction $f$ sur $\R$ et dresser son tableau de variation.
    $\quad$
  3. Montrer que l’équation $f (x) = 0$ admet une unique solution $\alpha$ sur $\R$, dont on donnera une valeur approchée à $10^{-2}$ près.
    $\quad$
  4. Déduire des questions précédentes le signe de $f(x)$ suivant les valeurs de $x$.
    $\quad$

 

Partie II

Dans le repère orthonormé $\Oij$, on appelle $\mathscr{C}$ la courbe représentative de la fonction $g$ définie sur $\R$ par : $$g(x) = \e^{-x}$$
La courbe $\mathscr{C}$ et la courbe $\Gamma$ (qui représente la fonction $f$ de la Partie I) sont tracées sur le graphique donné en annexe qui est à compléter et à rendre avec la copie.
Le but de cette partie est de déterminer le point de la courbe $\mathscr{C}$ le plus proche de l’origine $O$ du repère et d’étudier la tangente à $\mathscr{C}$ en ce point.

  1. Pour tout nombre réel $t$, on note $M$ le point de coordonnées $\left(t,\e^{-t}\right)$ de la courbe $\mathscr{C}$.
    On considère la fonction $h$ qui, au nombre réel $t$, associe la distance $OM$.
    On a donc : $h(t) = OM$, c’est-à-dire : $$h(t) =\sqrt{t^2+\e^{-2t}}$$
    a. Montrer que, pour tout nombre réel $t$, $$h'(t) =\dfrac{f(t)}{\sqrt{t^2+\e^{-2t}}}$$
    où $f$ désigne la fonction étudiée dans la Partie I.
    $\quad$
    b. Démontrer que le point $A$ de coordonnées $\left(\alpha ; \e^{-\alpha}\right)$ est le point de la courbe $\mathscr{C}$ pour lequel la longueur $OM$ est minimale.
    Placer ce point sur le graphique donné en annexe, à rendre avec la copie.
    $\quad$
  2. On appelle $T$ la tangente en $A$ à la courbe $\mathscr{C}$.
    a. Exprimer en fonction de $\alpha$ le coefficient directeur de la tangente $T$.
    On rappelle que le coefficient directeur de la droite $(OA)$ est égal à $\dfrac{\e^{-\alpha}}{\alpha}$.
    On rappelle également le résultat suivant qui pourra être utilisé sans démonstration :
    Dans un repère orthonormé du plan, deux droites $D$ et $D’$ de coefficients directeurs respectifs $m$ et $m’$ sont perpendiculaires si, et seulement si le produit $mm’$ est égal à $-1$.
    $\quad$
    b. Démontrer que la droite $(OA)$ et la tangente $T$ sont perpendiculaires.
    Tracer ces droites sur le graphique donné en annexe, à rendre avec la copie.
    $\quad$

ANNNEXE

$\quad$

$\quad$

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.

Exercice A

Principaux domaines abordés : Suites numériques; raisonnement par récurrence.

On considère les suites $\left(u_n\right)$ et $\left(u_n\right)$ définies par : $$u_0 = 16 ; v_0 = 5 ;$$
et pour tout entier naturel $n$ : $$\begin{cases} u_{n+1}=\dfrac{3u_n+2v_n}{5}\\v_{n+1}=\dfrac{u_n+v_n}{2}\end{cases}$$

  1. Calculer $u_1$ et $v_1$.
    $\quad$
  2. On considère la suite $\left(w_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par : $w_n = u_n-v_n$.
    a. Démontrer que la suite $\left(w_n\right)$ est géométrique de raison $0,1$.
    En déduire, pour tout entier naturel $n$, l’expression de $w_n$ en fonction de $n$.
    $\quad$
    b. Préciser le signe de la suite $\left(w_n\right)$ et la limite de cette suite.
    $\quad$
  3. a. Démontrer que, pour tout entier naturel $n$, on a : $u_{n+1}-u_n = -0,4w_n$.
    $\quad$
    b. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est décroissante.
    $\quad$
    On peut démontrer de la même manière que la suite $\left(v_n\right)$ est croissante. On admet ce
    résultat, et on remarque qu’on a alors : pour tout entier naturel $n$, $vn \pg v_0 = 5$.
    $\quad$
    c. Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a : $u_n \pg 5$.
    En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente. On appelle $\ell$ la limite de $\left(u_n\right)$.
    $\quad$
    On peut démontrer de la même manière que la suite $\left(v_n\right)$ est convergente. On admet ce
    résultat, et on appelle $\ell’$ la limite de $\left(v_n\right)$.
    $\quad$
  4. a. Démontrer que $\ell=\ell’$.
    $\quad$
    b. On considère la suite $\left(c_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par : $c_n = 5u_n +4v_n$.
    Démontrer que la suite $\left(c_n\right)$ est constante, c’est-à-dire que pour tout entier naturel $n$, on a : $c_{n+1} = c_n$.
    En déduire que, pour tout entier naturel $n$ , $c_n = 100$.
    $\quad$
    c. Déterminer la valeur commune des limites $\ell$ et $\ell’$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice B

Principaux domaines abordés : Fonction logarithme, limites, dérivation.

Partie 1

Le graphique ci-dessous donne la représentation graphique dans un repère orthonormé de la fonction $f$ définie sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ par : $$f (x) =\dfrac{2\ln(x)-1}{x}$$

 

  1. Déterminer par le calcul l’unique solution $\alpha$ de l’équation $f(x) = 0$.
    On donnera la valeur exacte de $\alpha$ ainsi que la valeur arrondie au centième.
    $\quad$
  2. Préciser, par lecture graphique, le signe de $f(x)$ lorsque $x$ varie dans l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$

Partie II

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

  1. a. Déterminer la limite de la fonction $g$ en $0$.
    $\quad$
    b. Déterminer la limite de la fonction $g$ en $+\infty$.
    $\quad$
  2. On note $g’$ la fonction dérivée de la fonction $g$ sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
    Démontrer que, pour tout nombre réel $x$ de $]0 ; +\infty[$, on a : $g'(x)=f(x)$, où $f$ désigne la fonction définie dans la partie I.
    $\quad$
  3. Dresser le tableau de variations de la fonction $g$ sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
    On fera figurer dans ce tableau les limites de la fonction $g$ en $0$ et en $+\infty$, ainsi que la valeur du minimum de $g$ sur $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$
  4. Démontrer que, pour tout nombre réel $m > -0,25$, l’équation $g(x) = m$ admet exactement deux solutions.
    $\quad$
  5. Déterminer par le calcul les deux solutions de l’équation $g(x) = 0$.
    $\quad$

$\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Métropole – sujet 1 – septembre 2021

Métropole – septembre 2021

Spécialité maths – Sujet 1 – Correction

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

Ex 1

Exercice 1 (4 points)

  1. $f'(0)$ est le coefficient directeur de la droite $(AB)$ tangente à $\mathscr{C}_f$ en $A$.
    Ainsi,
    $\begin{align*} f'(0)&=\dfrac{20-5}{1-0} \\
    &=15\end{align*}$
    Réponse c
    $\quad$
  2. $A(0;5)$ appartient à $\mathscr{C}_f$. Donc $f(0)=5 \ssi b=5$.
    Donc $f(x)=(ax+5)\e^x$.
    Le point de coordonnées $(-0,5;0)$ appartient à $\mathscr{C}_f$.
    Donc $f(-0,5)=0 \ssi (-0,5a+5)\e^{-0,5}=0 \ssi -0,5a+5=0 \ssi a=10$
    (La fonction exponentielle est, en effet, strictement positive.)
    Réponse a
    $\quad$
  3. La fonction exponentielle est, en effet, strictement positive. Le signe de $f\dsec(x)$ ne dépend donc que de celui de $10x+25$.
    Or $10x+25>0 \ssi 10x>-25 \ssi x>-2,5$
    Et $10x+25=0 \ssi 10x=-25\ssi x=-2,5$
    Ainsi $f\dsec(x)$ change de signe en s’annulant en $-2,5$.
    Le point $C$ est l’unique point d’inflexion de $\mathscr{C}_f$.
    Réponse c
    $\quad$
  4. Si on prend $U_n=-n$ et $V_n=2$ pour tout $n\in \N$ alors, pour tout $n\in \N$ on a bien $U_n \pp V_n$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} V_n=2$. Mais $\lim\limits_{n\to +\infty} U_n=-\infty$. La réponse a est donc fausse.
    Si on prend $V_n=2+\dfrac{1}{n}$ et $U_n=V_n-1$ pour tout $n\in \N$. alors, pour tout $n\in \N$ on a bien $U_n \pp V_n$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} V_n=2$ mais $V_n >2$ pour tout $n\in \N$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} U_n=1$. Les reponses b et c sont fausses.
    Réponse d
    $\quad$
    Remarque : On pouvait également montrer que la réponse c était la bonne directement de la façon suivante :
    $\lim\limits_{n\to +\infty} V_n=2$. Il existe donc un entier naturel $n_0$ tel que, pour tout $n\pg n_0$, $\abs{V_n-2}<1$ (On peut remplacer $1$ par n’importe quel réel strictement positif).
    Ainsi, pour tout $n\pg n_0$ on a $-1< V_n-2<1$ soit $1<V_n<3$.
    Or, pour tout $n\in N$, on a $U_n\pp V_n$ donc, pour tout $n\pg n_0$, $U_n<3$.
    Ainsi, pour tout $n\in \N$, $U_n \pp \max\left(U_0,U_1,\ldots, U_{n_0},3\right)$ et la suite $\left(U_n\right)$ est majorée (mais on ne connaît pas le majorant).
    $\quad$

 

 

 

Ex 2

Exercice 2 (5 points)

  1. On a
    $\begin{align*} u_1&=f\left(u_0\right) \\
    &=f\left(\dfrac{1}{2}\right) \\
    &=\dfrac{2}{1+\dfrac{3}{2}} \\
    &=\dfrac{4}{5}\end{align*}$
    $\quad$
  2. a. Initialisation : On a $u_0=\dfrac{1}{2}$ et $u_1=\dfrac{4}{5}$ donc $\dfrac{1}{2} \pp u_0 \pp u_1 \pp 2$.
    La propriété est vraie au rang $0$.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose que la propriété est vraie au rang $n$, c’est-à-dire $\dfrac{1}{2} \pp u_n\pp u_{n+1} \pp 2$.
    La fonction $f$ est croissante sur l’intervalle $\left]-\dfrac{1}{3};+\infty\right[$.
    Ainsi $f\left(\dfrac{1}{2}\right) \pp f\left(u_n\right)\pp f\left(u_{n+1}\right) \pp f(2)$
    Soit $\dfrac{4}{5} \pp u_{n+1} \pp u_{n+2} \pp \dfrac{8}{7}$
    Donc $\dfrac{1}{2} \pp u_{n+1} \pp u_{n+2} \pp 2$.
    La propriété est, par conséquent, vraie au rang $n+1$.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Donc, pour tout $n\in \N$, on a $\dfrac{1}{2} \pp u_n \pp u_{n+1} \pp 2$.
    $\quad$
    b. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $2$. Elle est donc convergente.
    $\quad$
    c. La fonction $f$ est continue sur $\left[\dfrac{1}{2};2\right]$ comme quotient de fonctions continues dont le dénominateur ne s’annule pas.
    Ainsi $\ell$ est solution de l’équation, définie sur $\left[\dfrac{1}{2};2\right]$ :
    $\begin{align*} f(x)=x&\ssi \dfrac{4x}{1+3x}=x \\
    &\ssi 4x=x+3x^2\\
    &\ssi 3x^2-3x=0\\
    &\ssi 3x(x-1)=0\end{align*}$
    Les solutions de cette équation sont $0$ et $1$.
    $1$ est la seule valeur appartenant à $\left[\dfrac{1}{2};2\right]$.
    Par conséquent $\ell=1$.
    $\quad
  3. a. On peut écrire
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def seuil(E):} \\
    \quad \text{u = 0.5} \\
    \quad \text{n = 0} \\
    \quad \text{while 1 – u >= E :} \\
    \qquad \text{u = 4 * u / (1 + 3 * u)} \\
    \qquad \text{n = n + 1} \\
    \quad \text{return n} \\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
    b. Si $E = 10^{-4}$
    Voici les premières valeurs (approchées pour certaines) de $u_n$ et de $1-u_n$
    $\begin{array}{|c|c|c|}
    \hline
    n& u_n &1-u_n \\ \hline
    0& 0,5& 0,5\\ \hline
    1& 0,8& 0,2\\ \hline
    2& 0,9411764706& 0,05882352941\\ \hline
    3& 0,9846153846& 0,01538461538\\ \hline
    4& 0,9961089494& 0,003891050584\\ \hline
    5& 0,9990243902& 0,0009756097561\\ \hline
    6& 0,999755919& 0,0002440810349\\ \hline
    7& 0,9999389686& 0,00006103143119\\ \hline
    \end{array}$
    Le programme renvoie donc $7$.
    $\quad$
  4. a. Soit $n\in \N$.
    $\begin{align*} v_{n+1}&=\dfrac{u_{n+1}}{1-u_{n+1}} \\
    &=\dfrac{\dfrac{4u_n}{1+3u_n}}{1-\dfrac{4u_n}{1+3u_n}} \\
    &=\dfrac{4u_n}{1+3u_n-4u_n} \\
    &=\dfrac{4u_n}{1-u_n} \\
    &=4v_n\end{align*}$.
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc géométrique de raison $4$ et de premier terme $v_0=\dfrac{u_0}{1-u_0}=1$.
    Ainsi, pour tout $n\in \N$, on a $v_n=4^n$.
    $\quad$
    b. Soit $n\in \N$.
    \begin{align*} v_n=\dfrac{u_n}{1-u_n} &\ssi v_n\left(1-u_n\right)=u_n \text{  et } u_n\neq 1\\
    &\ssi v_n-u_nv_n=u_n \text{  et } u_n\neq 1\\
    &\ssi v_n=u_n+u_nv_n \text{  et } u_n\neq 1\\
    &\ssi v_n=u_n\left(1+v_n\right) \text{  et } u_n\neq 1\end{align*}$
    Ainsi $u_n=\dfrac{v_n}{1+v_n}$.
    $\quad$
    c. Soit $n\in \N$ on a
    $\begin{align*} u_n&=\dfrac{v_n}{1+v_n} \\
    &=\dfrac{4^n}{1+4^n} \\
    &=\dfrac{4^n}{4^n\left(0,25^n+1\right)} \\
    &=\dfrac{1}{1+0,25^n}\end{align*}$
    On a $-1<0,25<1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} 0,25^n=0$ et $\lim\limits_{n\to +\infty} u_n=1$.

 

 

Ex 3

Exercice 3 (6 points)

Partie I : Effet de l’introduction d’une nouvelle espèce

  1. On a $f(0)=440$.
    Il y avait donc $440$ crapauds dans le lac lors de l’introduction des truites.
    $\quad$
  2. Pour tout $t\in [0;120]$ on a
    $\begin{align*} f'(t)&=(0,08t-8)\e^{\frac{t}{50}}+\left(0,04t^2-8t+400\right)\times \dfrac{1}{50}\e^{\frac{t}{50}} \\
    &=\left(0,08t-8+0,0008t^2-0,16t+8\right)\e^{\frac{t}{50}} \\
    &=\left(0,0008t^2-0,08t\right)\e^{\frac{t}{50}} \\
    &=0,0008t(t-100)\e^{\frac{t}{50}} \\
    &=8\times 10^{-4}t(t-100)\e^{\frac{t}{50}} \end{align*}$
    $\quad$
  3. La fonction exponentielle est strictement positive sur $\R$.
    Sur $[0;120]$ on a $t\pg 0$.
    Le signe de $f'(t)$ ne dépend donc que de celui de $t-100$.
    Or $t-100=0 \ssi t=100$ et $t-100>0 \ssi t>100$.
    On obtient donc le tableau de variations suivant :
    $\quad$
  4. a. D’après le tableau de variations, la fonction $f$ atteint son minimum pour $t=100$.
    Ainsi, le nombre de crapauds atteint son minimum au bout de $100$ jours. Il y a alors $40$ crapauds dans le lac.
    $\quad$
    b. La fonction $f$ est strictement croissante sur l’intervalle $[100;120]$ et $f(120)\approx 216,37 > 140$.
    Ainsi, le nombre de crapauds dépassera un jour $140$ individus après avoir atteint son minimum.
    $\quad$
    c. D’après la calculatrice, $f(t)=140$ pour $t\approx 115,72$.
    C’est donc à partir du $116$ ième jour que le nombre de crapauds dépassera $140$ individus.
    $\quad$

 

Partie II : Effet de la Chytridiomycose sur une population de têtards

  1. On obtient l’arbre de probabilité suivant :
    $\quad$$\quad$
  2. $\left(L,\conj{L}\right)$ est un système complet d’événements fini.
    D’après la formule des probabilités totales on a
    $\begin{align*} P(T)&=P(L)\times P_L(T)+P\left(\conj{L}\right)P_{\conj{L}}(T) \\
    &=0,25 \times 0,74+0\\
    &=0,185\end{align*}$
    $\quad$
  3. On veut calculer :
    $\begin{align*} P_{\conj{T}}(L)&=\dfrac{P(L)\times P_L\left(\conj{T}\right)}{1-P(T)} \\
    &=\dfrac{0,25 \times 0,26}{1-0,185} \\
    &\approx 0,080\end{align*}$
    La probabilité que le lac soit infecté sachant que le tétard n’est pas contaminé est environ égale à $0,08$.
    $\quad$

 

Ex A

Exercice A (5 points)

  1. On a $I\left(\dfrac{1}{4};0;1\right)$, $J\left(0;\dfrac{1}{4};1\right)$ et $K\left(1;0;\dfrac{1}{4}\right)$.
    $\quad$
  2. On a $\vect{AG}\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix}$, $\vect{IJ}\begin{pmatrix} -\dfrac{1}{4}\\[2mm] \dfrac{1}{4}\\[2mm]\\0\end{pmatrix}$ et $\vect{IK}\begin{pmatrix} \dfrac{3}{4} \\[2mm]0\\-\dfrac{3}{4}\end{pmatrix}$
    Ainsi $\vect{AG}.\vect{IJ}=-\dfrac{1}{4}+0+\dfrac{1}{4}=0$ et $\vect{AG}.\vect{IK}=\dfrac{3}{4}+0-\dfrac{3}{4}=0$
    Le vecteur $\vect{AG}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(IJK)$. Il est par conséquent normal à celui-ci.
    $\quad$
  3. Une équation cartésienne du plan $(IJK)$ est donc de la forme $x+y+z+d=0$.
    Le point $I\left(\dfrac{1}{4};0;1\right)$ appartient à ce plan.
    Ainsi $\dfrac{1}{4}+0+1+d=0 \ssi d=-\dfrac{5}{4}$
    Une équation cartésienne du plan $(IJK)$ est donc $x+y+z-\dfrac{5}{4}=0$ soit $4x+4y+4z-5=0$.
    $\quad$
  4. On a $\vect{BC}\begin{pmatrix} 0\\1\\0\end{pmatrix}$
    Une représentation paramétrique de $(BC)$ est donc $\begin{cases} x=1\\y=t\\z=0\end{cases} \quad, t\in \R$.
    $\quad$
  5. On résout le système
    $\begin{align*} \begin{cases} x=1\\y=t\\z=0\\4x+4y+4z-5=0 \end{cases} &\ssi \begin{cases} x=1\\y=t\\z=0\\4+4t-5=0 \end{cases} \\
    &\ssi \begin{cases}x=1\\y=t\\z=0\\t=\dfrac{1}{4}\end{cases}\end{align*}$
    Ainsi les coordonnées du point $L$ sont $\left(1;\dfrac{1}{4};0\right)$.
    $\quad$
  6. On obtient la figure suivante :
    $\quad$

    $\quad$
  7. On a $\vect{LM}\begin{pmatrix} -\dfrac{3}{4} \\[2mm]\dfrac{3}{4}\\[2mm]0\end{pmatrix}$
    Ainsi $\vect{LM}=3\vect{IJ}$
    Les vecteurs $\vect{LM}$ et $\vect{IJ}$ sont colinéaires. Les points $I,J,L$ et $M$ sont donc coplanaires.
    $\quad$

 

 

 

Ex B

Exercice B (5 points)

Partie I

  1. On a $\lim\limits_{x\to 0^+} \ln(x)=-\infty$ et $\lim\limits_{x\to 0^+} \dfrac{1}{x}=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to 0^+} h(x)=-\infty$.
    $\quad$
  2. Par croissances comparées, $\lim\limits_{x\to +\infty} \dfrac{\ln(x)}{x}=0$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} h(x)=1$.
    $\quad$
  3. La fonction $h$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme et quotient de fonctions dérivables dont le dénominateur ne s’annule pas sur $]0;+\infty[$.
    Ainsi, pour tout $x>0$ on a
    $\begin{align*} h'(x)&=\dfrac{\dfrac{1}{x}\times x-\ln(x)\times 1}{x^2} \\
    &=\dfrac{1-\ln(x)}{x^2}\end{align*}$
    $\quad$
  4. Le signe de $h'(x)$ ne dépend que de celui de $1-\ln(x)$.
    Or $1-\ln(x)=0 \ssi \ln(x)=1 \ssi x=\e$ et $1-\ln(x)>0 \ssi -\ln(x)>-1 \ssi \ln(x)<1 \ssi x< \e$.
    On obtient ainsi le tableau de variations suivant :
    $\quad$
  5. Sur l’intervalle $[\e;+\infty[$ on a $h(x)>1$. L’équation $h(x)=0$ ne possède donc pas de solution sur cet intervalle.
    Sur l’intervalle $]0;\e[$, la fonction $h$ est continue (car dérivable) et strictement croissante.
    De plus, $\lim\limits_{x\to 0^+} h(x)=-\infty$ et $h(\e)=\dfrac{1+\e}{\e}>0$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $h(x)=0$ possède une unique solution sur $]0;+\e[$.
    Ainsi, l’équation $h(x)=0$ possède une unique solution sur $]0;+\infty[$.
    De plus $h(0,5) \approx -0,39<0$ et $h(0,6)\approx 0,15>0$
    La fonction $h$ est strictement croissante sur $]0;\e[$ donc $0,5<\alpha<0,6$.
    $\quad$

Partie II

  1. Le coefficient directeur de $D_a$ au point d’abscisse $a$ est $g'(a)=\dfrac{1}{a}$.
    $\quad$
  2. La fonction $f$ est dérivable sur $]0;+\infty[$ en tant que somme et produit de fonctions dérivables sur cet intervalle.
    Pour tout $x>0$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=x\times \dfrac{1}{x}+1\times \ln(x)-1 \\
    &=1+\ln(x)-1\\
    &=\ln(x)\end{align*}$
    Ainsi, le coefficient directeur de $T_a$ est $f'(a)=\ln(a)$.
    $\quad$
  3. $T_a$ et $D_a$ sont perpendiculaires
    $\ssi \dfrac{1}{a}\ln(a)=-1 $
    $\ssi 1+\dfrac{\ln(a)}{a}=0$
    $\ssi h(a)=0$
    $\ssi a=\alpha$
    Il existe donc une unique valeur de $a$ pour laquelle les droites $T_a$ et $D_a$ sont perpendiculaires. Il s’agit de $a=\alpha$.
    $\quad$

 

 

 

Énoncé

Le candidat traite 4 exercices : les exercices 1, 2 et 3 communs à tous les candidats et un seul des deux exercices A ou B.

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.

Le graphique ci-dessous donne la représentation graphique $\mathscr{C}_f$ dans un repère orthogonal d’une fonction $f$ définie et dérivable sur $\R$.
On notera $f’$ la fonction dérivée de $f$ .
On donne les points $A$ de coordonnées $(0; 5)$ et $B$ de coordonnées $(1; 20)$. Le point $C$ est le point de la courbe $\mathscr{C}_f$ ayant pour abscisse $-2,5$. La droite $(AB)$ est la
tangente à la courbe $\mathscr{C}_f$ au point $A$.
Les questions 1 à 3 se rapportent à cette même fonction $f$.

  1. On peut affirmer que :
    a. $f'(-0,5)=0$
    b. si $x\in]-\infty ; -0,5[$, alors $f'(x)< 0$
    c. $f'(0) = 15$
    d. la fonction dérivée $f’$ ne change pas de signe sur $\R$.
    $\quad$
  2. On admet que la fonction $f$ représentée ci-dessus est définie sur $\R$ par $f(x) = (ax +b)\e^x$, où $a$ et $b$ sont deux nombres réels et que sa courbe coupe l’axe des abscisses en son point de coordonnées $(-0,5 ; 0)$.
    On peut affirmer que :
    a. $a = 10$ et $b = 5$
    b. $a = 2,5$ et $b = -0,5$
    c. $a = -1,5$ et $b = 5$
    d. $a=0$ et $b=5$
    $\quad$
  3. . On admet que la dérivée seconde de la fonction $f$ est définie sur $\R$ par : $f\dsec(x)= (10x +25)\e^x$.
    On peut affirmer que :
    a. La fonction $f$ est convexe sur $\R$
    b. La fonction $f$ est concave sur $\R$
    c. Le point $C$ est l’unique point d’inflexion de $\mathscr{C}_f$
    d. $\mathscr{C}_f$ n’admet pas de point d’inflexion
    $\quad$
  4. On considère deux suites $\left(U_n\right)$ et $\left(V_n\right)$ définies sur $\N$ telles que :
    $\bullet$ pour tout entier naturel $n$, $U_n \pp V_n$ ;
    $\bullet$  $\lim\limits_{n\to +\infty} V_n=2$.
    On peut affirmer que :
    a. la suite $\left(U_n\right)$ converge
    b. pour tout entier naturel $n$, $V_n \pp 2$
    c. la suite $\left(U_n\right)$ diverge
    d. la suite $\left(U_n\right)$ est majorée
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2     5 points

Soit $f$ la fonction définie sur l’intervalle $\left]-\dfrac{1}{3};+\infty\right[$ par $$f(x)

On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie par : $u_0=\dfrac{1}{2}$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1}=f\left(u_n\right)$.

  1. Calculer $u_1$.
    $\quad$
  2. On admet que la fonction f est croissante sur l’intervalle ¸$\left]-\dfrac{1}{3};+\infty\right[$.
    a. Montrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a : $\dfrac{1}{2} \pp u_n \pp u_{n+1}\pp 2$.
    $\quad$
    b. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$
    c. On appelle $\ell$ la limite de la suite $\left(u_n\right)$. Déterminer la valeur de $\ell$.
    $\quad$
  3. a. Recopier et compléter la fonction Python ci-dessous qui, pour tout réel positif $E$, détermine la plus petite valeur $P$ tel que : $1-u_P < E$.
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def seuil(E) :}\\
    \quad \text{u = 0.5}\\
    \quad \text{n = 0}\\
    \quad \text{while . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .}\\
    \qquad \text{u = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .}\\
    \qquad \text{n = n + 1}\\
    \quad \text{return n}\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
    b. Donner la valeur renvoyée par ce programme dans le cas où $E = 10^{-4}$.
    $\quad$
  4. On considère la suite $\left(v_n\right)$ définie, pour tout entier naturel $n$, par : $$v_n =\dfrac{u_n}{1-u_n}$$
    a. Montrer que la suite $\left(v_n\right)$ est géométrique de raison $4$.
    En déduire, pour tout entier naturel $n$, l’expression de $v_n$ en fonction de $n$.
    $\quad$
    b. Démontrer que, pour tout entier naturel $n$, on a : $u_n = \dfrac{v_n}{v_n+1}$.
    $\quad$
    c. Montrer alors que, pour tout entier naturel $n$ , on a :
    $$u_n =\dfrac{1}{1+0,25^n}$$
    Retrouver par le calcul la limite de la suite $\left(u_n\right)$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3     5 points

Dans le parc national des Pyrénées, un chercheur travaille sur le déclin d’une espèce protégée dans les lacs de haute-montagne : le «crapaud accoucheur».
Les parties I et II peuvent être abordées de façon indépendante.

Partie I : Effet de l’introduction d’une nouvelle espèce.

Dans certains lacs des Pyrénées, des truites ont été introduites par l’homme afin de permettre des activités de pêche en montagne. Le chercheur a étudié l’impact de cette introduction sur la population de crapauds accoucheurs d’un lac.
Ses études précédentes l’amènent à modéliser l’évolution de cette population en fonction du temps par la fonction f suivante : $$f(t)=\left(0,04t^2-8t+400\right)\e^{\frac{t}{50}}+40 \text{ pour } t\in [0;120]$$

La variable $t$ représente le temps écoulé, en jour, à partir de l’introduction à l’instant $t = 0$ des truites dans le lac, et $f(t)$ modélise le nombre de crapauds à l’instant $t$.

  1. Déterminer le nombre de crapauds présents dans le lac lors de l’introduction des truites.
    $\quad$
  2. On admet que la fonction $f$ est dérivable sur l’intervalle $[0; 120]$ et on note $f′$ sa fonction dérivée.
    Montrer, en faisant apparaitre les étapes du calcul, que pour tout nombre réel $t$ appartenant à l’intervalle $[0; 120]$ on a : $$f'(t)=t(t-100)\e^{\frac{t}{50}}\times 8\times 10^{-4}$$
    $\quad$
  3. Étudier les variations de la fonction $f$ sur l’intervalle $[0; 120]$, puis dresser le tableau de variations de $f$ sur cet intervalle (on donnera des valeurs approchées au centième).
    $\quad$
  4. Selon cette modélisation :
    a. Déterminer le nombre de jours $J$ nécessaires afin que le nombre de crapauds atteigne son minimum. Quel est ce nombre minimum ?
    $\quad$
    b. Justifier que, après avoir atteint son minimum, le nombre de crapauds dépassera un jour $140$ individus.
    $\quad$
    c. À l’aide de la calculatrice, déterminer la durée en jour à partir de laquelle le nombre de crapauds dépassera $140$ individus.
    $\quad$

Partie II : Effet de la Chytridiomycose sur une population de têtards

Une des principales causes du déclin de cette espèce de crapaud en haute montagne est une maladie, la « Chytridiomycose », provoquée par un champignon.
Le chercheur considère que :

  • Les trois quarts des lacs de montagne des Pyrénées ne sont pas infectés par le champignon, c’est-à-dire qu’ils ne contiennent aucun têtard (larve du crapaud) contaminé.
  • Dans les lacs restants, la probabilité qu’un têtard soit contaminé est de $0,74$.

Le chercheur choisit au hasard un lac des Pyrénées, et y procède à des prélèvements.
Pour la suite de l’exercice, les résultats seront arrondis au millième lorsque cela est nécessaire.
Le chercheur prélève au hasard un têtard du lac choisi afin d’effectuer un test avant de le relâcher.
On notera $T$ l’évènement « Le têtard est contaminé par la maladie » et $L$ l’évènement « Le lac est infecté par le champignon ».
On notera $\conj{L}$ l’évènement contraire de $L$ et $\conj{T}$ l’évènement contraire de $T$.

  1. Recopier et compléter l’arbre de probabilité suivant en utilisant les données de l’énoncé :$\quad$
  2. Montrer que la probabilité $P(T )$ que le têtard prélevé soit contaminé est de $0,185$.
    $\quad$
  3. Le têtard n’est pas contaminé. Quelle est la probabilité que le lac soit infecté ?
    $\quad$

$\quad$

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 par chaque exercice sont indiqués.

Exercice A

Principaux domaines abordés : Géométrie de l’espace rapporté à un repère orthonormé.

On considère le cube $ABCDEFGH$ donné en annexe.
On donne trois points $I$, $J$ et $K$ vérifiant : $$\vect{EI}=\dfrac{1}{4}\vect{EH}, \quad \vect{EJ}=\dfrac{1}{4}\vect{EF},\quad \vect{BK}=\dfrac{1}{4}\vect{BF}$$
Les points $I$, $J$ et $K$ sont représentés sur la figure donnée en annexe, à compléter et à rendre avec la copie.
On se place dans le repère orthonormé $\left(A;\vect{AB};\vect{AD};\vect{AE}\right)$.

  1. Donner sans justification les coordonnées des points $I$, $J$ et $K$.
    $\quad$
  2. Démontrer que le vecteur $\vect{AG}$ est normal au plan $(IJK)$.
    $\quad$
  3. Montrer qu’une équation cartésienne du plan $(IJK)$ est $4x +4y +4z -5 = 0$.
    $\quad$
  4. Déterminer une représentation paramétrique de la droite $(BC)$.
    $\quad$
  5. En déduire les coordonnées du point $L$, point d’intersection de la droite $(BC)$ avec le plan $(IJK)$.
    $\quad$
  6. Sur la figure en annexe, placer le point $L$ et construire  l’intersection du plan $(IJK)$ avec la face $(BCGF)$.
    $\quad$
  7. Soit $M\left(\dfrac{1}{4};1;0\right)$. Montrer que les points $I$, $J$, $L$ et $M$ sont coplanaires.
    $\quad$

ANNEXE

$\quad$

$\quad$

Exercice B

Principaux domaines abordés : Fonction logarithme.

Partie I

On considère la fonction h définie sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$ par : $$h(x) = 1+\dfrac{\ln(x)}{x}$$

  1. Déterminer la limite de la fonction $h$ en $0$.
    $\quad$
  2. Déterminer la limite de la fonction $h$ en $+\infty$.
    $\quad$
  3. On note $h’$ la fonction dérivée de $h$. Démontrer que, pour tout nombre réel $x$ de $]0 ; +\infty[$, on a : $$h'(x) =\dfrac{1-\ln(x)}{x^2}$$
    $\quad$
  4. Dresser le tableau de variations de la fonction $h$ sur l’intervalle $]0 ; +\infty[$.
    $\quad$
  5. Démontrer que l’équation $h(x) = 0$ admet une unique solution $\alpha$ dans $]0 ; +\infty[$.
    Justifier que l’on a : $0,5 < \alpha < 0,6$.$\quad$

Partie II

Dans cette partie, on considère les fonctions $f$ et $g$ définies sur $]0 ; +\infty[$ par : $$f (x) = x \ln(x)− x;\quad g(x) = \ln(x)$$
On note $\mathscr{C}_f$ et $\mathscr{C_g}$ les courbes représentant respectivement les fonctions $f$ et $g$ dans un repère orthonormé $\Oij$.
Pout tout nombre réel $a$ strictement positif, on appelle :

  • $T_a$ la tangente à $\mathscr{C}_f$ en son point d’abscisse $a$ ;
  • $D_a$ la tangente à $\mathscr{C}_g$ en son point d’abscisse $a$.

Les courbes $\mathscr{C}_f$ et $\mathscr{C}g$ ainsi que deux tangentes $T_a$ et $D_a$ sont représentées ci-dessous.

On recherche d’éventuelles valeurs de $a$ pour lesquelles les droites $T_a$ et $D_a$ sont perpendiculaires.
Soit $a$ un nombre réel appartenant à l’intervalle $]0 ; +\infty[$.

  1. Justifier que la droite $D_a$ a pour coefficient directeur $\dfrac{1}{a}$.
    $\quad$
  2. Justifier que la droite $T_a$ a pour coefficient directeur $\ln(a)$.

On rappelle que dans un repère orthonormé, deux droites de coefficients directeurs respectifs $m$ et $m’$ sont perpendiculaires si et seulement si $mm’ = -1$.

  1. Démontrer qu’il existe une unique valeur de $a$, que l’on identifiera, pour laquelle les droites $T_a$ et $D_a$ sont perpendiculaires.
    $\quad$

$\quad$

 

Bac – Spécialité mathématiques – Asie – sujet 2 – mars 2021

Asie – mars 2021

Spécialité maths – Sujet 2- Correction

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

Ex 1

Exercice 1 (5 points)

  1. La fonction $f$ est dérivable sur $\R$ en tant que produit de fonctions dérivables sur $\R$.
    Pour tout réel $x$ on a
    $\begin{align*}
    f'(x)&=(2x-2)\e^x+\left(x^2-2x-1\right)\e^x \\
    &=\left(2x-2+x^2-2x-1\right)\e^x \\
    &=\left(x^2-3\right)\e^x\end{align*}$
    L’affirmation A est donc fausse.
    $f'(2)>0$ et $f(0)<0$ : l’affirmation B est donc fausse
    Réponse C
    $\quad$
  2. $\lim\limits_{x\to +\infty} \e^x=+\infty$ donc $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=0$
    La droite d’équation $y=0$ est donc asymptote à la courbe représentant la fonction $f$.
    $\lim\limits_{x\to -\infty} \e^x=-\infty$ donc $\lim\limits_{x\to -\infty} f(x)=\dfrac{3}{5}$
    La droite d’équation $y=\dfrac{3}{5}$ est donc asymptote à la courbe représentant la fonction $f$.
    Réponse C
    $\quad$
  3. La fonction $f\dsec$ s’annule en changeant de signe à trois reprise.
    La courbe représentant la fonction $f$ possède donc trois points d’inflexion.
    Réponse B
    $\quad$
  4. $\left(u_n\right)$ est une suite définie de manière explicite par un polynôme du second degré dont le coefficient principal est $a=1>0$.
    La fonction du second degré associée possède un minimum, d’abscisse $\dfrac{17}{2}$.
    $\left(u_n\right)$ est donc minorée.
    Réponse A
    $\quad$
  5. Cette fonction renvoie le plus entier naturel $n$ tel que $u_n\pg 45$.
    Réponse ARemarque :dans les faits cette fonction ne renvoie aucun résultat car la suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $20$. Il est donc impossible que $u_n\pg 45$ !
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2 (5 points)

  1. On a $A(0;0;0)$, $C(1;1;0)$ et $D(0;1;0)$
    Par conséquent $K\left(\dfrac{1}{2};1;0\right)$
    Donc $\vect{AK}\left(\dfrac{1}{2};1;0\right)$ et $\vect{AL}\left(0;1;\dfrac{3}{2}\right)$.
    $\quad$
  2. a. On a $\vec{n}.\vect{AK}=3-3+0=0$ et $\vec{n}.\vect{AL}=0-3+3=0$.
    $\vec{n}$ est donc orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(AKL)$.
    C’est par conséquent un vecteur normal au plan $(AKL)$.
    $\quad$
    b. Une équation cartésienne du plan $(AKL)$ est donc de la forme $6x-3y+2z+d=0$.
    Le point $A(0;0;0)$ appartient à ce plan donc $d=0$.
    Une équation cartésienne du plan $(AKL)$ est alors $6x-3y+2z=0$.
    $\quad$
    c. Le vecteur $\vec{n}$ est un vecteur directeur de la droite $\Delta$.
    Ainsi une représentation paramétrique de la droite $\Delta$ est $$\begin{cases} x=6t\\y=1-3t\\z=2t\end{cases} \quad,t\in \R$$
    $\quad$
    d. En prenant $t=\dfrac{3}{49}$, on constate que le point de coordonnées $\left(\dfrac{18}{49};\dfrac{40}{49};\dfrac{6}{49}\right)$ appartient à la droite $\Delta$.
    De plus
    $\begin{align*} 6\times \dfrac{18}{49}-3\dfrac{40}{49}+2\dfrac{6}{49}&=\dfrac{108}{49}-\dfrac{120}{49}+\dfrac{12}{49} \\
    &=0\end{align*}$
    Le point de coordonnées $\left(\dfrac{18}{49};\dfrac{40}{49};\dfrac{6}{49}\right)$ appartient donc également au plan $(AKL)$.
    Par conséquent $N$ a pour coordonnées $\left(\dfrac{18}{49};\dfrac{40}{49};\dfrac{6}{49}\right)$.
    $\quad$
  3. a. L’aire de la base $ADK$ est
    $\begin{align*} \mathcal{A}&=\dfrac{AD\times DK}{2} \\
    &=\dfrac{1\times \dfrac{1}{2}}{2} \\
    &=\dfrac{1}{4}\end{align*}$
    Ainsi
    $\begin{align*} \mathcal{V}&=\dfrac{\mathcal{A}\times DL}{3} \\
    &=\dfrac{\dfrac{1}{4}\times \dfrac{3}{2}}{3} \\
    &=\dfrac{1}{8}\end{align*}$
    $\quad$
    b. La distance du point $D$ au plan $(AKL)$ est
    $\begin{align*} DN&=\sqrt{\left(\dfrac{18}{49}\right)^2+\left(\dfrac{40}{49}-1\right)^2+\left(\dfrac{6}{49}\right)^2} \\
    &=\sqrt{\dfrac{9}{49}} \\
    &=\dfrac{3}{7}\end{align*}$
    $\quad$
    c. On a
    $\begin{align*} \mathcal{V}=\dfrac{1}{8}&\ssi \dfrac{\mathcal{A}_{AKL}\times DN}{3}=\dfrac{1}{8} \\
    &\ssi \dfrac{3}{7}\mathcal{A}_{AKL}=\dfrac{3}{8} \\
    &\ssi \mathcal{A}_{AKL}=\dfrac{7}{8}\end{align*}$
    L’aire du triangle $AKL$ est donc $\dfrac{7}{8}$.
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3 (5 points)

  1. Il y a $\dbinom{9}{3}=84$ façons différentes de positionner les trois cœurs.
    $\quad$
  2. Il y a $3$ façons de placer les cœurs sur une ligne pour gagner.
    Il y a $3$ façons de placer les cœurs sur une colonne pour gagner.
    Il y a $2$ façons de placer les cœurs sur une diagonale pour gagner.
    La probabilité qu’un ticket soit gagnant est donc $\dfrac{3+3+2}{84}=\dfrac{2}{21}$.
    $\quad$
  3. On appelle $G$ la variable aléatoire égale au gain algébrique du joeur.
    $G$ ne prend donc que $2$ valeurs $4$ et $-1$.
    $p(G=4)=\dfrac{2}{21}$ et $p(G=-1)=\dfrac{19}{21}$.
    L’espérance de $G$ est :
    $\begin{align*} E(G)&=4\times \dfrac{2}{21}+(-1)\times \dfrac{19}{21} \\
    &=-\dfrac{11}{21}\\
    &<0\end{align*}$
    Le jeu est donc défavorable au joueur.
    $\quad$
  4. a. On effectue $20$ tirages aléatoires, identiques et indépendants. À chaque tirage il n’y a que deux issues : le joueur gagne ou le joueur perd.
    $X$ suit donc la loi binomiale de paramètres $n=20$ et $p=\dfrac{2}{21}$.
    $\quad$
    b. $p(X=5)=\dbinom{20}{5}\left(\dfrac{2}{21}\right)^5\left(\dfrac{19}{21}\right)^{15} \approx 0,027$.
    $\quad$
    c. On a
    $\begin{align*} p(X\pg 1)&=1-p(X=0) \\
    &=1-\left(\dfrac{19}{21}\right)^{20} \\
    & \approx 0,865\end{align*}$
    La probabilité qu’il y ait au moins un gagnant est environ égale à $0,865$.
    $\quad$

 

 

Ex A

Exercice A (5 points)

Partie I : modèle discret

  1. On a
    $\begin{align*} u_1&=u_0+0,05\left(20-u_0\right) \\
    &=1+0,05\times 19\\
    &=1,95\end{align*}$
    $\quad$
  2. a. Pour tout entier naturel $n$ on a
    $\begin{align*} u_{n+1}&=u_n+0,05\left(20-u_n\right) \\
    &=u_n+1-0,05u_n \\
    &=0,95u_n+1\end{align*}$
    $\quad$
    b. Pour tout entier naturel $n$ on a $v_n=20-u_n$ soit $u_n=20-v_n$.
    $\begin{align*} v_{n+1}&=20-u_{n+1} \\
    &=20-0,95u_n-1 \\
    &=19-0,95u_n \\
    &=19-0,95\left(20-v_n\right) \\
    &=19-19+0,95v_n\\
    &=0,95v_n\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc géométrique de raison $0,95$ et de premier terme $v_0=20-1=19$.
    $\quad$
    c. Pour tout entier naturel $n$ on a donc $v_n=19\times 0,95^n$.
    Par conséquent $u_n=20-19\times 0,95^n$.
    $\quad$
  3. $-1<0,95<1$ donc $\lim\limits_{n\to +\infty} 0,95^n=0$ et $\lim\limits_{n\to +\infty}u_n=20$.
    $\quad$

Partie II : modèle continu

  1. La fonction $L$ est dérivable sur $[0;+\infty[$ en tant que somme et composée de fonctions dérivables.
    Pour tout $t\pg 0$ on a d’une part :
    $\begin{align*} L'(t)&=-19\times (-0,05)\e^{-0,05t}\\
    &=0,95\e^{-0,05t}\end{align*}$
    D’autre part :
    $\begin{align*} 0,05\left(20-L(t)\right)&=0,05\left(20-20+19\e^{-0,05t}\right) \\
    &=0,05 \times 19\e^{-0,05t} \\
    &=0,95\e^{-0,05t}\end{align*}$
    Ainsi $L$ est solution de $(E)$.
    De plus $L(0)=20-19=1$.
    $\quad$
  2. a. On a $L'(0)=0,95$ et $L'(5)=0,95\e^{-0,25} \approx 0,74$.
    Ainsi $L'(0)>L'(5)$
    $\quad$
    b. $\lim\limits_{t\to +\infty} -0,05t=-\infty$ et $\lim\limits_{X\to -\infty} \e^X=0$
    Donc $\lim\limits_{t\to +\infty} L'(t)=0$.
    Ce résultat est cohérent avec la description du modèle de croissance exposé au début de l’exercice : le bambou croît de moins en moins rapidement et atteint finalement une taille de $20$ mètres. Au début de l’observation il mesure bien $1$ mètre.
    $\quad$

Ex B

Exercice B (5 points)

Partie I

  1. On a pu saisir la formule $=B2-\ln(B2-1)$.
    $\quad$
  2. Il semblerait que la suite $\left(u_n\right)$ soit décroissante et converge vers $2$.
    $\quad$

Partie II

  1. $\lim\limits_{x\to 1} x-1=0$ et $\lim\limits_{X\to 0} \ln(X)=-\infty$
    Donc $\lim\limits_{x\to 1} f(x)=+\infty$.
    $\quad$
  2. a. $f$ est dérivable sur $]1;+\infty[$ en tant que somme et composée de fonctions dérivables.
    Pour tout $x>1$ on a
    $\begin{align*} f'(x)&=1-\dfrac{1}{x-1} \\
    &=\dfrac{x-1-1}{x-1} \\
    &=\dfrac{x-2}{x-1}\end{align*}$
    $\quad$
    b. Le signe de $f'(x)$ ne dépend que de celui de $x-2$.
    Or $x-2=0 \ssi x=2$ et $x-2>0 \ssi x>2$.
    On obtient donc le tableau de signes suivant :
    $\quad$$\quad$
    c. D’après la question précédente, la fonction $f$ admet $2$ pour minimum atteint pour $x=2$.
    Ainsi, pour tout réel $x\pg 2, ~f(x)\pg 2$.
    $\quad$

Partie III

  1. Initialisation : Si $n=0$ alors $u_0=10\pg 2$. La propriété est vraie au rang $0$.
    $\quad$
    Hérédité : On suppose la propriété vraie au rang $n\in \N$.
    Donc $u_n\pg 2$.
    D’après la question précédente $u_{n+1}=f\left(u_n\right) \pg 2$.
    La propriété est vraie au rang $n+1$.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Pour tout entier naturel $n$ on a $u_n\pg 2$.
    $\quad$
  2. Soit $n\in \N$
    $\begin{align*} u_{n+1}-u_n&= u_n-\ln\left(u_n-1\right)-u_n \\
    &=-\ln\left(u_n-1\right)\end{align*}$
    Or $u_n\pg 2$ donc $u_n-1\pg 1$ et $\ln\left(u_n-1\right)\pg 0$.
    Donc $u_{n+1}-u_n \pp 0$ et la suite $\left(u_n\right)$ est décroissante.
    $\quad$
  3. La suite $\left(u_n\right)$ est décroissante et minorée par $2$. Elle converge donc.
    $\quad$
  4. $\ell$ est donc solution de l’équation $f(x)=x$.
    Or
    $\begin{align*} f(x)=x&\ssi x-\ln(x-1)=x\\
    &\ssi -\ln(x-1)=0\\
    &\ssi x-1=1 \\
    &\ssi x=2\end{align*}$
    Par conséquent $\ell=2$.
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1 (5 points)

Cet exercice est un questionnaire à choix multiples (QCM)

Pour chaque question, trois affirmations sont proposées, une seule de ces affirmations est exacte.
Le candidat recopiera sur sa copie le numéro de chaque question et la lettre de la réponse choisie pour celle-ci.
AUCUNE JUSTIFICATION n’est demandée. Une réponse fausse ou l’absence de réponse n’enlève aucun point.

  1. On considère la fonction $f$ définie sur $\R$ par $$f(x) = \left(x^2-2x-1\right)\e^x$$
    A. La fonction dérivée de $f$ est la fonction définie par $f'(x) = (2x-2)\e^x$.
    B. La fonction $f$ est décroissante sur l’intervalle $]-\infty;2]$.
    C. $\ds\lim\limits_{x \to -\infty} f(x) = 0$.
    $\quad$
  2. On considère la fonction $f$ définie sur $\R$ par $f(x) = \dfrac{3}{5 + \e^x}$.
    Sa courbe représentative dans un repère admet :
    A. une seule asymptote horizontale;
    B. une asymptote horizontale et une asymptote verticale;
    C. deux asymptotes horizontales.
    $\quad$
  3. On donne ci-dessous la courbe $\mathcal{C}_{f”}$ représentant la fonction dérivée seconde $f”$ d’une fonction $f$ définie et deux fois dérivable sur l’intervalle $[-3,5;6]$.
    $\quad$

    A. La fonction $f$ est convexe sur l’intervalle $[-3;3]$.
    B. La fonction $f$ admet trois points d’inflexion.
    C. La fonction dérivée $f’$ de $f$ est décroissante sur l’intervalle $[0;2]$.
    $\quad$

  4. On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par $u_n = n^2-17n+20$.
    A. La suite $\left(u_n\right)$ est minorée.
    B. La suite $\left(u_n\right)$ est décroissante.
    C. L’un des termes de la suite $\left(u_n\right)$ est égal à $2~021$.
    $\quad$
  5. On considère la suite $\left(u_n\right)$ définie par $u_0 = 2$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} = 0,75u_n +5$.
    On considère la fonction « seuil » suivante écrite en Python :
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def seuil() }:\\
    \quad \text{u} = 2\\
    \quad \text{n} = 0\\
    \quad \text{while u} < 45 :\\
    \qquad \text{u} = 0.75*u + 5\\
    \qquad \text{n} = \text{n} + 1\\
    \quad \text{return n}\\
    \hline
    \end{array}$$
    Cette fonction renvoie :
    A. la plus petite valeur de $n$ telle que $u_n \pg 45$ ;
    B. la plus petite valeur de $n$ telle que $u_n < 45$ ;
    C. la plus grande valeur de $n$ telle que $u_n \pg 45$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2 (5 points)

On considère un pavé droit $ABCDEFGH$ tel que $AB = AD = 1$ et $AE = 2$, représenté ci- dessous.
Le point $I$ est le milieu du segment $[AE]$. Le point $K$ est le milieu du segment $[DC]$.
Le point $L$ est défini par: $\vect{DL} = \dfrac{3}{2}\vect{AI}$. $N$ est le projeté orthogonal du point $D$ sur le plan $(AKL)$.

 

 

On se place dans le repère orthonormé $\left(A;\vect{AB},\vect{AD},\vect{AI}\right)$.
On admet que le point $L$ a pour coordonnées $\left(0;1;\dfrac{3}{2}\right)$.

  1. Déterminer les coordonnées des vecteurs $\vect{AK}$ et $\vect{AL}$.
    $\quad$
  2. a. Démontrer que le vecteur $\vect{n}$ de coordonnées $(6;-3;2)$ est un vecteur normal au plan $(AKL)$.
    $\quad$
    b. En déduire une équation cartésienne du plan $(AKL)$.
    $\quad$
    c. Déterminer un système d’équations paramétriques de la droite $\Delta$ passant par $D$ et perpendiculaire au plan $(AKL)$.
    $\quad$
    d. En déduire que le point $N$ de coordonnées $\left(\dfrac{18}{49};\dfrac{40}{49};\dfrac{6}{49}\right)$ est le projeté orthogonal du point $D$ sur le plan $(AKL)$.
    $\quad$

On rappelle que le volume $\mathcal{V}$ d’un tétraèdre est donné par la formule : $$\mathcal{V} = \dfrac{1}{3}\times (\text{aire de la base}) \times \text{hauteur}$$

  1. a. Calculer le volume du tétraèdre $ADKL$ en utilisant le triangle $ADK$ comme base.
    $\quad$
    b. Calculer la distance du point $D$ au plan $(AKL)$.
    $\quad$
    c. Déduire des questions précédentes l’aire du triangle $AKL$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3 (5 points)

Une société de jeu en ligne propose une nouvelle application pour smartphone nommée « Tickets coeurs! ».
Chaque participant génère sur son smartphone un ticket comportant une grille de taille $3 \times 3$ sur laquelle sont placés trois cœurs répartis au hasard, comme par exemple ci-dessous.

 

 

Le ticket est gagnant si les trois cœurs sont positionnés côte à côte sur une même ligne, sur une même colonne ou sur une même diagonale.

  1. Justifier qu’il y a exactement $84$ façons différentes de positionner les trois cœurs sur une grille.
    $\quad$
  2. Montrer que la probabilité qu’un ticket soit gagnant est égale à $\dfrac{2}{21}$.
    $\quad$
  3. Lorsqu’un joueur génère un ticket, la société prélève $1$ € sur son compte en banque. Si le ticket est gagnant, la société verse alors au joueur $5$ €. Le jeu est-il favorable au joueur?
    $\quad$
  4. Un joueur décide de générer $20$ tickets sur cette application. On suppose que les générations des tickets sont indépendantes entre elles.
    a. Donner la loi de probabilité de la variable aléatoire $X$ qui compte le nombre de tickets gagnants parmi les $20$ tickets générés.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité, arrondie à $10^{-3}$, de l’évènement $(X = 5)$.
    $\quad$
    c. Calculer la probabilité, arrondie à $10^{-3}$, de l’évènement $(X \pg 1)$ et interpréter le résultat dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$

$\quad$

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

Exercice A

Principaux domaines abordés :

  • Suites
  • Équations différentielles

Dans cet exercice, on s’intéresse à la croissance du bambou Moso de taille maximale $20$ mètres.
Le modèle de croissance de Ludwig von Bertalanffy suppose que la vitesse de croissance pour un tel bambou est proportionnelle à l’écart entre sa taille et la taille maximale.

Partie I : modèle discret

Dans cette partie, on observe un bambou de taille initiale $1$ mètre.
Pour tout entier naturel $n$, on note $u_n$ la taille, en mètre, du bambou $n$ jours après le début de l’observation. On a ainsi $u_0 = 1$.
Le modèle de von Bertalanffy pour la croissance du bambou entre deux jours consécutifs se traduit par l’égalité : $$u_{n+1} = u_n + 0,05\left(20-u_n\right)~~ \text{pour tout entier naturel } n$$

  1. Vérifier que $u_1 = 1,95$.
    $\quad$
  2. a. Montrer que pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} = 0,95u_n + 1$.
    $\quad$
    b. On pose pour tout entier naturel $n$, $v_n = 20-u_n$.
    Démontrer que la suite $\left(v_n\right)$ est une suite géométrique dont on précisera le terme initial $v_0$ et la raison.
    $\quad$
    c. En déduire que, pour tout entier naturel $n$, $u_n = 20-19 \times 0,95^n$.
    $\quad$
  3. Déterminer la limite de la suite $\left(u_n\right)$.
    $\quad$

Partie II : modèle continu

Dans cette partie, on souhaite modéliser la taille du même bambou Moso par une fonction donnant sa taille, en mètre, en fonction du temps $t$ exprimé en jour.
D’après le modèle de von Bertalanffy, cette fonction est solution de l’équation différentielle $$(E) \qquad y’ = 0,05(20-y)$$ où $y$ désigne une fonction de la variable $t$, définie et dérivable sur $[0;+\infty[$ et $y’$ désigne sa fonction dérivée.
Soit la fonction $L$ définie sur l’intervalle $[0;+\infty[$ par $$L(t) = 20-19\e^{-0,05t}$$

  1. Vérifier que la fonction $L$ est une solution de $(E)$ et qu’on a également $L(0) = 1$.
    $\quad$
  2. On prend cette fonction $L$ comme modèle et on admet que, si on note $L’$ sa fonction dérivée, $L'(t)$ représente la vitesse de croissance du bambou à l’instant $t$.
    a. Comparer $L'(0)$ et $L'(5)$.
    $\quad$
    b. Calculer la limite de la fonction dérivée $L’$ en $+\infty$.
    Ce résultat est-il en cohérence avec la description du modèle de croissance exposé au début de l’exercice ?
    $\quad$

$\quad$

Exercice B

Principaux domaines abordés :

  • Suites, étude de fonction
  • Fonction logarithme

Soit la fonction $f$ définie sur l’intervalle $]1; +\infty[$ par $$f(x) = x-\ln (x-1)$$
On considère la suite $\left(u_n\right)$ de terme initial $u_0 = 10$ et telle que $u_{n+1} = f\left(u_n\right)$ pour tout entier naturel $n$.

Partie I :

La feuille de calcul ci-dessous a permis d’obtenir des valeurs approchées des premiers termes de la suite $\left(u_n\right)$.

$$\begin{array}{|c|c|c|}
\hline
&\phantom{12345}A\phantom{12345} &B\\
\hline
1 &n&u_n\\
\hline
2 &0&10\\
\hline
3& 1&7,802~775~42\\
\hline
4& 2&5,885~444~74\\
\hline
5& 3&4,299~184~42\\
\hline
6& 4&3,105~509~13\\
\hline
7& 5&2,360~951~82\\
\hline
8& 6&2,052~767~5\\
\hline
9& 7&2,001~345~09\\
\hline
10& 8&2,000~000~9\\
\hline
\end{array}$$

  1. Quelle formule a été saisie dans la cellule B3 pour permettre le calcul des valeurs approchées de $\left(u_n\right)$ par recopie vers le bas ?
    $\quad$
  2. À l’aide de ces valeurs, conjecturer le sens de variation et la limite de la suite $\left(u_n\right)$.
    $\quad$

Partie II :

On rappelle que la fonction $f$ est définie sur l’intervalle $]1; +\infty[$ par $$f(x) = x-\ln (x-1)$$

  1. Calculer $\lim\limits_{x \to 1} f(x)$. On admettra que $\lim\limits_{x \to + \infty} f(x) = +\infty$.
    $\quad$
  2. a. Soit $f’$ la fonction dérivée de $f$. Montrer que pour tout $x \in ]1; +\infty[$, $f'(x) = \dfrac{x-2}{x-1}$.
    $\quad$
    b. En déduire le tableau des variations de $f$ sur l’intervalle $]1;+\infty[$, complété par les limites.
    $\quad$
    c. Justifier que pour tout $x\pg 2$, $f(x) \pg 2$.
    $\quad$

Partie III :

  1. En utilisant les résultats de la partie II, démontrer par récurrence que $u_n \pg 2$ pour tout entier naturel $n$.
    $\quad$
  2. Montrer que la suite $\left(u_n\right)$ est décroissante.
    $\quad$
  3. En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente. On note $\ell$ sa limite.
    $\quad$
  4. On admet que $\ell$ vérifie $f(\ell) = \ell$. Donner la valeur de $\ell$.
    $\quad$

$\quad$

Bac – Spécialité mathématiques – Asie – sujet 1 – mars 2021

Asie – mars 2021

Spécialité maths – Sujet 1- Correction

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

Ex 1

Exercice 1 (5 points)

  1. On a
    $\begin{align*} u_1&=\left(1-\dfrac{10}{100}\right)\times u_0+250 \\
    &=0,9\times 1~000+250 \\
    &= 1~150\end{align*}$
    $\quad$
  2. Chaque année elle ne conserve que $90\%$ de ses abonnés soit $0,9u_n$. De plus $250$ nouveaux abonnés s’ajoutent chaque année à ceux conservés.
    Ainsi, pour tout entier naturel $n$ on a $u_{n+1}=0,9u_n+250$.
    $\quad$
  3. L’instruction suite(10) renvoie la valeur de $u_{10}$ c’est-à-dire le nombre d’abonnés à son profil en 2030.
    $\quad$
  4. a. Initialisation : $u_0=1~000 \pp 2~500$
    La propriété est donc vraie au rang $0$.
    $\quad$
    Hérédité : Soit $n\in \N$. On suppose la propriété vraie au rang $n$.
    $\begin{align*} u_{n+1}&=0,9u_n+250 \\
    &\pp 0,9\times 2~500+250 \\
    &\pp 2~250+250\\
    &\pp 2~500\end{align*}$
    La propriété est donc vraie au rang $n+1$.
    $\quad$
    Conclusion : La propriété est vraie au rang $0$ et est héréditaire.
    Pour tout entier naturel $n$ on a $u_n \pp 2~500$.
    $\quad$
    b. Soit $n\in \N$.
    $\begin{align*} u_{n+1}-u_n&=0,9u_n+250-u_n \\
    &=-0,1u_n+250 \\
    &=-0,1\left(u_n-2~500\right) \end{align*}$
    Or $u_n-2~500    \pp 0$ d’après la question précédente.
    Ainsi $u_{n+1}-u_n\pg 0$ et la suite $\left(u_n\right)$ est croissante.
    $\quad$
    c. La suite $\left(u_n\right)$ est croissante et majorée par $2~500$. Elle converge donc.
    $\quad$
  5. a. Soit $n\in \N$. On a $v_n=u_n-2~500$ donc $u_n=v_n+2~500$.
    $\begin{align*} v_{n+1}&=u_{n+1}-2~500 \\
    &=0,9u_n+250-2~500 \\
    &=0,9\left(v_n+2~500\right)-2~250 \\
    &=0,9v_n\end{align*}$
    La suite $\left(v_n\right)$ est donc géométrique de raison $0,9$ et de premier terme $v_0=u_0-2~500=-1~500$.
    $\quad$
    b. Ainsi, pour tout $n\in \N$, on a $v_n=-1~500\times 0,9^n$
    Donc $u_n=v_n+2~500=-1~500\times 0,9^n+2~500$.
    $\quad$
  6. On peut écrire $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{u} = 1000 \\
    \text{n} = 2020 \\
    \text{while u} <= 2200 \\
    \quad \text{u} = 0,9 * \text{u} + 250 \\
    \quad \text{n} = \text{n} + 1\\
    \text{disp(n)}\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
    On veut déterminer le plus petit entier naturel $n$ tel que:
    $\begin{align*} u_n > 2~200&\ssi -1~500 \times 0,9^n + 2~500>2~200 \\
    &\ssi -1~500\times 0,9^n > -300 \\
    &\ssi 0,9^n < 0,2 \\
    &\ssi n\ln(0,9) < \ln(0,2) \\
    &\ssi n>\dfrac{\ln(0,2)}{\ln(0,9)}\end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(0,2)}{\ln(0,9)} \approx 15,3$
    C’est donc en 2036 que le nombre d’abonnés dépassera $2~200$.
    $\quad$

Ex 2

Exercice 2 (5 points)

Partie I

  1. On a $P(6;0;0)$ et $Q(0;0;6)$.
    $\quad$
  2. $\vect{PQ}(-6;0;6)$ et $\vect{PR}(2;2;8)$.
    Donc $\vect{PQ}.\vec{n}=-6+0+6=0$ et $\vect{PR}.\vec{n}=2-10+8=0$.
    Par conséquent $\vec{n}$ est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan $(PQR)$.
    C’est un vecteur normal au plan $(PQR)$.
    $\quad$
  3. Une équation cartésienne du plan $(PQR)$ est alors de la forme $x-5y+z+d=0$.
    Le point $P(6;0;0)$ appartient à ce plan.
    Donc $6+d=0 \ssi d=-6$.
    Une équation cartésienne du plan $(PQR)$ est donc $x-5y+z-6=0$.
    $\quad$

Partie II

  1. $\Omega$ est le milieu de $[EC]$
    Or $E(0;0;8)$ et $C(8;8;0)$
    Ainsi $\Omega\left(\dfrac{8+0}{2};\dfrac{0+8}{2};\dfrac{0+8}{2}\right)$ soit $\Omega(4;4;4)$.
    $\quad$
  2. Le vecteur $\vec{n}$ est un vecteur directeur de la droite $d$.
    Une représentation paramétrique de cette droite est $$\begin{cases} x=4+t\\y=4-5t\\z=4+t\end{cases} \quad, t\in \R$$
    $\quad$
  3. Si on prend $t=\dfrac{2}{3}$ on a $4+t=\dfrac{14}{3}$, $4-5t=\dfrac{2}{3}$ donc le point de coordonnées $\left(\dfrac{14}{3};\dfrac{2}{3};\dfrac{14}{3}\right)$ appartient à $d$.
    De plus $\dfrac{14}{3}-\dfrac{5\times 2}{3}+\dfrac{14}{3}-6=\dfrac{18}{3}-6=0$ : le point de coordonnées $\left(\dfrac{14}{3};\dfrac{2}{3};\dfrac{14}{3}\right)$ appartient au plan $(PQR)$.
    Par conséquent $L$ a pour coordonnées $\left(\dfrac{14}{3};\dfrac{2}{3};\dfrac{14}{3}\right)$.
    $\quad$
  4. Cette distance est
    $\begin{align*} L\Omega&=\sqrt{\left(4-\dfrac{14}{3}\right)^2+\left(4-\dfrac{2}{3}\right)^2+\left(4-\dfrac{14}{3}\right)^2} \\
    &=\sqrt{12}\end{align*}$
    $\quad$

 

Ex 3

Exercice 3 (5 points)

  1. a. Il y a $\dbinom{8}{2}=28$ tirages possibles .
    $\quad$
    b. Il y a $\dbinom{6}{1}\times \dbinom{2}{1}=12$ tirages permettant de gagner.
    La probabilités de gagner à ce jeu est donc $\dfrac{12}{28}=\dfrac{3}{7}$.
    $\quad$
  2. a. La variable aléatoire $G$ ne peut prendre que deux valeurs : $10-k$ et $-k$.
    $P(G=10-k)=\dfrac{3}{7}$ et $P(G=-k)=\dfrac{4}{7}$.
    $\quad$
    b. Le jeu est favorable au joueur si son espérance est positive.
    $\begin{align*} E(G)>0&\ssi \dfrac{3}{7}(10-k)-\dfrac{4}{7}k>0 \\
    &\ssi \dfrac{30}{7}-k>0 \\
    &\ssi k<\dfrac{30}{7}\end{align*}$
    Or $\dfrac{30}{7}\approx 4,2857$
    La somme maximale à payer est donc $4,28$ € pour que le jeu reste favorable au joueur.
    $\quad$
  3. a. On effectue $10$ tirages aléatoires, identiques et indépendants.
    À chaque tirage, il n’y a que deux issues : le joueur gagne ou le joueur perd.
    Ainsi $X$ suit la loi binomiale de paramètres $n=10$ et $p=\dfrac{3}{7}$.
    $\quad$
    b. On veut calculer
    $\begin{align*}P(X=4)&=\dbinom{10}{4}\left(\dfrac{3}{7}\right)^4\left(\dfrac{4}{7}\right)^6\\
    &\approx 0,247\end{align*}$
    La probabilité qu’il y ait exactement quatre joueurs gagnants est environ égale à $0,247$.
    $\quad$
    c. $P(X\pp5)=1-P(X\pp 4) \approx 0,440$
    La probabilité qu’il y ait au moins $5$ gagnants est environ égale à $0,440$.
    $\quad$
    d. D’après la calculatrice on a $P(X\pp 5) \approx 0,78$ et $P(X\pp 6) \approx 0,92$.
    Ainsi le plus petit entier naturel $n$ tel que $P(X\pp n) \pg 0,9$ est $6$.
    $\quad$

 

Ex A

Exercice A (5 points)

Partie I – lectures graphiques

  1. Le coefficient directeur de la tangente à la courbe de la fonction $f$ en $0$ est $f'(0)$.
    Graphiquement $f'(0)=0,4$.
    Le coefficient directeur de la tangente à la courbe de la fonction $f$ en $0$ est graphiquement égal à $0,4$.
    $\quad$
  2. a. La fonction $f’$ semble décroissante sur $]-\infty;-2[$ et sur $[1;+\infty[$ et croissante sur $[-2;1]$.
    $\quad$
    b. La fonction $f$ semble donc convexe sur $[-2;1]$.
    $\quad$

 

Partie II : étude de fonction

  1. D’après la limite des termes de plus haut degré, $\lim\limits_{x\to +\infty} x^2+x+\dfrac{5}{2}=\lim\limits_{x\to +\infty} x^2=+\infty$ et $\lim\limits_{x\to -\infty} x^2+x+\dfrac{5}{2}=\lim\limits_{x\to -\infty} x^2=+\infty$
    Or $\lim\limits_{X\to +\infty} \ln(X)=+\infty$
    Par conséquent $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$ et $\lim\limits_{x\to -\infty} f(x)=+\infty$
    $\quad$
  2. Pour tout réel $x$ on a $f'(x)=\dfrac{2x+1}{x^2+x+\dfrac{5}{2}}$.
    $\quad$
  3. Le signe de $f'(x)$ ne dépend que de celui de $2x+1$.
    Or $2x+1=0 \ssi x=-\dfrac{1}{2}$ et $2x+1>0 \ssi x>-\dfrac{1}{2}$.
    On obtient alors le tableau de variations suivant :
    $\quad$
  4. a. La fonction $f$ est continue (car dérivable) et strictement croissante sur $\left[-\dfrac{1}{2};+\infty\right[$.
    De plus $f\left(-\dfrac{1}{2}\right)=\ln\left(\dfrac{9}{4}\right)\approx 0,81<2$ et $\lim\limits_{x\to +\infty} f(x)=+\infty$.
    D’après le théorème de la bijection (ou corollaire du théorème des valeurs intermédiaires) l’équation $f(x)=2$ possède une unique solution dans $\left[-\dfrac{1}{2};+\infty\right[$.
    $\quad$
    b. D’après la calculatrice $\alpha \approx 1,8$.
    $\quad$
  5. Le signe de $f\dsec(x)$ ne dépend que de celui de $-2x^2-2x+4$.
    Il s’agit d’un polynôme du second degré dont le discriminant est $\Delta=36>0$ et les racines sont $1$ et $-2$.
    Ainsi $f\dsec(x)$ s’annule en changeant de signe en $-2$ et $1$.
    La courbe représentative de $f$ possède donc deux points d’inflexion d’abscisse $-2$ et $1$.
    $\quad$

 

Ex B

Exercice B (5 points)

Partie I

  1. a. La fonction $f$ définie sur $\R$ par $f(t)=1$ est solution de cette équation.
    En effet $f'(t)=0$ pour tout réel $t$ et $-0,4\times 1+0,4=0$.
    Donc $f'(t)=-0,4f(t)+0,4$ pour tout réel $t$.
    $\quad$
    b. Soit $f$ une autre solution de cette équation différentielle.
    Ainsi, la fonction $g$ définie pour tout réel $t$ par $g(t)=f(t)+1$ est également solution de cette équation différentielle.
    Par conséquent :
    $f'(t)=-0,4\left(f(t)+1\right)+0,4 \ssi f'(t)=-0,4f(t)$
    Les solutions de l’équation différentielle $y=-0,4y$ sont les fonctions définies par $t\mapsto C\e^{-0,4t}$ où $C\in \R$.
    Les solutions de l’équation différentielle initiale sont donc les fonctions définies par $t\mapsto C\e^{-0,4t}+1$ pour tout $C\in \R$
    $\quad$
    c. $g(0)=10 \ssi C+1=10 \ssi C=9$
    Ainsi $g$ est la fonction définie sur $\R$ par $t\mapsto 9\e^{-0,4t}+1$.
    $\quad$

Partie II

  1. $\lim\limits_{t\to +\infty} -0,4t=-\infty$ or $\lim\limits_{X\to -\infty} \e^{X}=0$
    Par conséquent $\lim\limits_{t\to +\infty} p(t)=1$.
    $\quad$
  2. Pour tout réel $t\pg 0$ on a
    $\begin{align*} p'(t)&=\dfrac{9\times -0,4\e^{-0,4t}}{\left(1+9\e^{-0,4t}\right)^2} \\
    &=\dfrac{-3,6\e^{-0,4}}{\left(1+9\e^{-0,4t}\right)^2} \end{align*}$
    $\quad$
  3. a. On a
    $\begin{align*} p(t)=\dfrac{1}{2} &\ssi \dfrac{1}{1+9\e^{-0,4t}}=\dfrac{1}{2} \\
    &\ssi 2=1+9\e^{-0,4t} \\
    &\ssi \e^{-0,4t}=\dfrac{1}{9} \\
    &\ssi -0,4t=-\ln(9) \qquad \text{car } \ln\left(\dfrac{1}{9}\right)=-\ln(9)\\
    &\ssi t=\dfrac{\ln(9)}{0,4}\end{align*}$
    Or $\dfrac{\ln(9)}{0,4}>0$ car $9>1$
    L’équation $p(t)=\dfrac{1}{2}$ admet donc une unique solution solution sur $[0;+\infty[$.
    Remarque : On pouvait également utiliser le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires (ou théorème de la bijection)
    $\quad$
    b. D’après la calculatrice $\alpha=\dfrac{\ln(9)}{0,4}\approx 5,5$.
    $\quad$

Partie III

  1. Soit $t\pg 0$
    $\begin{align*} 0,4p(t)\left(1-p(t)\right)&=\dfrac{0,4}{1+9\e^{-0,4t}}\left(1-\dfrac{1}{1+9\e^{-0,4t}}\right) \\
    &=\dfrac{0,4}{1+9\e^{-0,4t}}\times \dfrac{-9\e^{-0,4t}}{1+9\e^{-0,4t}} \\
    &=\dfrac{-3,6\e^{-0,4t}}{1+9\e^{-0,4t}} \\
    &=p'(t)\end{align*}$
    Par conséquent $p$ est solution de l’équation différentielle $y’=0,4y(1-y)$.
    De plus $p(0)=\dfrac{1}{1+9}=\dfrac{1}{10}$.
    $\quad$
  2. $\lim\limits_{t\to +\infty} p(t)=1$ signifie que sur le long terme toutes les écoles auront accès à internet.
    $p(\alpha)=\dfrac{1}{2}$ avec $\alpha\approx 5,5$ signifie qu’au milieu de l’année 2026, la moitié des écoles auront accès à internet.
    $p(0)=\dfrac{1}{10}$ signifie qu’en 2020 seulement $10\%$ des écoles ont accès à internet.
    $\quad$

 

Énoncé

Exercice 1 (5 points)

En 2020, une influenceuse sur les réseaux sociaux compte $1~000$ abonnés à son profil. On modélise le nombre d’abonnés ainsi: chaque année, elle perd $10\%$ de ses abonnés auxquels s’ajoutent $250$ nouveaux abonnés.
Pour tout entier naturel $n$, on note $u_n$ le nombre d’abonnés à son profil en l’année (2020 $+n$), suivant cette modélisation. Ainsi $u_0 = 1~000$.

  1. Calculer $u_1$.
    $\quad$
  2. Justifier que pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} = 0,9u_n + 250$.
    $\quad$
  3. La fonction Python nommée « suite » est définie ci-dessous. Dans le contexte de l’exercice, interpréter la valeur renvoyée par suite(10).
    $$\begin{array}{|l|}
    \hline
    \text{def suite( n) }:\\
    \quad \text{u} = 1000\\
    \quad \text{for i in range(n)} :\\
    \qquad \text{u} = 0,9*\text{u} + 250\\
    \quad \text{return u}\\
    \hline
    \end{array}$$
    $\quad$
  4. a. Montrer, à l’aide d’un raisonnement par récurrence, que pour tout entier naturel $n$, $u_n \pp 2~500$.
    $\quad$
    b. Démontrer que la suite $\left(u_n\right)$ est croissante.
    $\quad$
    c. Déduire des questions précédentes que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
    $\quad$
  5. Soit $\left(v_n\right)$ la suite définie par $v_n = u_n – 2~500$ pour tout entier naturel $n$.
    a. Montrer que la suite $\left(v_n\right)$ est une suite géométrique de raison $0,9$ et de terme initial $v_0 = -1~500$.
    $\quad$
    b. Pour tout entier naturel $n$, exprimer $v_n$ en fonction de $n$ et montrer que : $$u_n = – 1~500 \times 0,9^n + 2~500$$
    $\quad$
    c. Déterminer la limite de la suite $\left(u_n\right)$ et interpréter dans le contexte de l’exercice.
    $\quad$
  6. Écrire un programme qui permet de déterminer en quelle année le nombre d’abonnés dépassera $2~200$.
    Déterminer cette année.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 2 (5 points)

On considère un cube $ABCDEFGH$ d’arête $8$ cm et de centre $\Omega$.
Les points $P$, $Q$ et $R$ sont définis par $\vect{AP} = \dfrac{3}{4}\vect{AB}$, $ \vect{AQ} = \dfrac{3}{4}\vect{AE}$ et $\vect{FR} = \dfrac{1}{4}\vect{FG}$.
On se place dans le repère orthonormé  $\left(\text{A};\vec{i},\vec{j},\vec{k}\right)$ avec : $\vec{i} = \dfrac{1}{8}\vect{AB}$, $\vec{j}= \dfrac{1}{8}\vect{AD}$ et $\vec{k} = \dfrac{1}{8}\vect{AE}$.

 

 

Partie I

  1. Dans ce repère, on admet que les coordonnées du point $R$ sont $(8;2;8)$.
    Donner les coordonnées des points $P$ et $Q$.
    $\quad$
  2. Montrer que le vecteur $\vec{n}(1;-5;1)$ est un vecteur normal au plan $(PQR)$.
    $\quad$
  3. Justifier qu’une équation cartésienne du plan $(PQR)$ est $x-5y+z-6 = 0$.
    $\quad$

Partie II

On note $L$ le projeté orthogonal du point $\Omega$ sur le plan $(PQR)$.

  1. Justifier que les coordonnées du point $\Omega$ sont $(4;4;4)$.
    $\quad$
  2. Donner une représentation paramétrique de la droite $d$ perpendiculaire au plan $(PQR)$ et passant par $\Omega$.
    $\quad$
  3. Montrer que les coordonnées du point $L$ sont $\left(\dfrac{14}{3}; \dfrac{2}{3};\dfrac{14}{3}\right)$
    $\quad$
  4. Calculer la distance du point $\Omega$ au plan $(PQR)$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice 3 (5 points)

Un sac contient les huit lettres suivantes: A B C D E F G H ($2$ voyelles et $6$ consonnes).
Un jeu consiste à tirer simultanément au hasard deux lettres dans ce sac.
On gagne si le tirage est constitué d’une voyelle et d’une consonne.

  1. Un joueur extrait simultanément deux lettres du sac.
    a. Déterminer le nombre de tirages possibles.
    $\quad$
    b. Déterminer la probabilité que le joueur gagne à ce jeu.
    $\quad$

Les questions 2 et 3 de cet exercice sont indépendantes.
Pour la suite de l’exercice, on admet que la probabilité que le joueur gagne est égale à $\dfrac{3}{7}$.

  1. Pour jouer, le joueur doit payer $k$ euros, $k$ désignant un entier naturel non nul.
    Si le joueur gagne, il remporte la somme de $10$ euros, sinon il ne remporte rien.
    On note $G$ la variable aléatoire égale au gain algébrique d’un joueur (c’est-à-dire la somme remportée à laquelle on soustrait la somme payée).
    a. Déterminer la loi de probabilité de $G$.
    $\quad$
    b. Quelle doit être la valeur maximale de la somme payée au départ pour que le jeu reste favorable au joueur ?
    $\quad$
  2. Dix joueurs font chacun une partie. Les lettres tirées sont remises dans le sac après chaque partie.
    On note $X$ la variable aléatoire égale au nombre de joueurs gagnants.
    a. Justifier que $X$ suit une loi binomiale et donner ses paramètres.
    $\quad$
    b. Calculer la probabilité, arrondie à $10^{-3}$, qu’il y ait exactement quatre joueurs gagnants.
    $\quad$
    c. Calculer $P(X \pg 5)$ en arrondissant à $10^{-3}$. Donner une interprétation du résultat obtenu.
    $\quad$
    d. Déterminer le plus petit entier naturel $n$ tel que $P(X \pp  n) \pg 0,9$.
    $\quad$

$\quad$

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

Exercice A

Principaux domaines abordés :

  • convexité
  • fonction logarithme

Partie I : lectures graphiques

$f$ désigne une fonction définie et dérivable sur $\R$.
On donne ci-dessous la courbe représentative de la fonction dérivée $f’$.

 

 

Avec la précision permise par le graphique, répondre aux questions suivantes

  1. Déterminer le coefficient directeur de la tangente à la courbe de la fonction $f$ en $O$.
    $\quad$
  2. a. Donner les variations de la fonction dérivée $f’$.
    $\quad$
    b. En déduire un intervalle sur lequel $f$ est convexe.
    $\quad$

Partie II : étude de fonction

La fonction $f$ est définie sur $\R$ par $$f(x) = \ln \left(x^2 + x + \dfrac{5}{2}\right)$$

  1. Calculer les limites de la fonction $f$ en $+\infty$ et en $-\infty$.
    $\quad$
  2. Déterminer une expression $f'(x)$ de la fonction dérivée de $f$ pour tout $x \in \R$.
    $\quad$
  3. En déduire le tableau des variations de $f$. On veillera à placer les limites dans ce tableau.
    $\quad$
  4. a. Justifier que l’équation $f(x) = 2$ a une unique solution $\alpha$ dans l’intervalle $\left[-\dfrac{1}{2};+ \infty\right[$.
    $\quad$
    b. Donner une valeur approchée de $\alpha$ à $10^{-1}$ près.
    $\quad$
  5. La fonction $f’$ est dérivable sur $\R$. On admet que, pour tout $x \in \R$, $f”(x) = \dfrac{-2x^2-2x+4}{\left(x^2+x+\dfrac{5}{2}\right)^2}$.
    Déterminer le nombre de points d’inflexion de la courbe représentative de $f$.
    $\quad$

$\quad$

Exercice B

Principaux domaines abordés :

  • Étude de fonction, fonction exponentielle
  • Équations différentielles

Partie I

Considérons l’équation différentielle $$y’= -0,4y + 0,4$$ où $y$ désigne une fonction de la variable $t$, définie et dérivable sur $[0; + \infty[$.

  1. a. Déterminer une solution particulière constante de cette équation différentielle.
    $\quad$
    b. En déduire l’ensemble des solutions de cette équation différentielle.
    $\quad$
    c. Déterminer la fonction $g$, solution de cette équation différentielle, qui vérifie $g(0) = 10$.
    $\quad$

$\quad$

Partie II

Soit $p$ la fonction définie et dérivable sur l’intervalle $[0;+ \infty[$ par $$p(t) = \dfrac{1}{g(t)} = \dfrac{1}{1 + 9\e^{-0,4t}}$$

  1. Déterminer la limite de $p$ en $+ \infty$.
    $\quad$
  2. Montrer que $p'(t) = \dfrac{3,6\e^{-0,4t}}{ \left(1 + 9\e^{-0,4t}\right)^2}$ pour tout $t \in [0;+ \infty[$.
    $\quad$
  3. a. Montrer que l’équation $p(t) = \dfrac{1}{2}$ admet une unique solution $\alpha$ sur $[0;+ \infty[$.
    $\quad$
    b. Déterminer une valeur approchée de $\alpha$ à $10^{-1}$ près à l’aide d’une calculatrice.
    $\quad$

Partie III

  1. $p$ désigne la fonction de la partie II.
    Vérifier que $p$ est solution de l’équation différentielle $y’ = 0,4y(1-y)$ avec la condition initiale $y(0) = \dfrac{1}{10}$ où $y$ désigne une fonction définie et dérivable sur $[0; + \infty[$.
    $\quad$
  2. Dans un pays en voie de développement, en l’année 2020, $10\%$ des écoles ont accès à internet.
    Une politique volontariste d’équipement est mise en œuvre et on s’intéresse à l’évolution de la proportion des écoles ayant accès à internet.
    On note $t$ le temps écoulé, exprimé en année, depuis l’année 2020.
    La proportion des écoles ayant accès à internet à l’instant $t$ est modélisée par $p(t)$.
    Interpréter dans ce contexte la limite de la question II.1 puis la valeur approchée de $\alpha$ de la question II 3. b. ainsi que la valeur $p(0)$.
    $\quad$

$\quad$