Accueil
Fond

Accueil › 2BAC PC SVT › Examen national 2008 — Session de rattrapage

Examen national 2008 — Session de rattrapage

2BAC PC SVT · Mathématiques

Chargement du PDF…

Versions interactives à solutions cachées — leurs boutons « Voir la solution » ne fonctionnent que dans Adobe Acrobat Reader (calques PDF non pris en charge par les navigateurs et le lecteur ci-dessus). Le lecteur affiche donc les versions classiques.

  • 📥 Version à corrections cachées (Adobe Acrobat Reader)Télécharger

Examen national du baccalauréat — Session de rattrapage 2008

Mathématiques — Filière : Sciences Expérimentales (toutes options) et Sciences et Technologies Code RS 22 — Durée : 3 h — Coefficient : 7

L’utilisation de la calculatrice non programmable est autorisée.

DomaineBarème
Exercice 1Nombres complexes3 points
Exercice 2Géométrie dans l’espace3 points
Exercice 3Calcul des probabilités3 points
Exercice 4Suites numériques3 points
ProblèmeÉtude de fonctions8 points

Exercice 1 — Nombres complexes (3 points)

1. (1 pt) Résoudre dans l’ensemble des nombres complexes C\mathbb{C} l’équation : z2−8z+17=0z^2-8z+17=0

Voir la solution

Δ=(−8)2−4×17=64−68=−4=(2i)2<0\Delta=(-8)^2-4\times17=64-68=-4=(2i)^2<0. L’équation admet deux solutions complexes conjuguées : z1=8−2i2=4−ietz2=8+2i2=4+i.z_1=\frac{8-2i}{2}=4-i \qquad\text{et}\qquad z_2=\frac{8+2i}{2}=4+i. Donc S={4−i ; 4+i}S=\{4-i\,;\,4+i\}.

2. On considère, dans le plan complexe rapporté à un repère orthonormé direct (O,e1⃗,e2⃗)(O,\vec{e_1},\vec{e_2}), les points AA et BB d’affixes respectives a=4+ia=4+i et b=8+3ib=8+3i. Soit zz l’affixe d’un point MM du plan et z′z' l’affixe du point M′M' image de MM par la rotation RR de centre Ω\Omega d’affixe ω=1+2i\omega=1+2i et d’angle 3π2\dfrac{3\pi}{2}.

2.a. (0.75 pt) Montrer que z′=−iz−1+3iz'=-iz-1+3i.

Voir la solution

L’écriture complexe de la rotation de centre Ω(ω)\Omega(\omega) et d’angle θ\theta est z′−ω=eiθ(z−ω)z'-\omega=e^{i\theta}(z-\omega). Ici ei3π2=cos⁡3π2+isin⁡3π2=−ie^{i\frac{3\pi}{2}}=\cos\frac{3\pi}{2}+i\sin\frac{3\pi}{2}=-i, donc : z′=−i(z−(1+2i))+1+2i=−iz+i+2i2+1+2i=−iz+i−2+1+2i.z'=-i\big(z-(1+2i)\big)+1+2i=-iz+i+2i^2+1+2i=-iz+i-2+1+2i. D’où z′=−iz−1+3iz'=-iz-1+3i.

2.b. (0.5 pt) Vérifier que l’affixe du point CC image du point AA par la rotation RR est c=−ic=-i.

Voir la solution

c=−ia−1+3i=−i(4+i)−1+3i=−4i−i2−1+3i=−4i+1−1+3i=−ic=-ia-1+3i=-i(4+i)-1+3i=-4i-i^2-1+3i=-4i+1-1+3i=-i. Donc c=−ic=-i.

2.c. (0.75 pt) Montrer que : b−c=2(a−c)b-c=2(a-c), puis en déduire que les points AA, BB et CC sont alignés.

Voir la solution

b−c=8+3i+i=8+4ib-c=8+3i+i=8+4i et a−c=4+i+i=4+2ia-c=4+i+i=4+2i, donc 2(a−c)=8+4i=b−c2(a-c)=8+4i=b-c.

Ainsi b−ca−c=2∈R\dfrac{b-c}{a-c}=2\in\mathbb{R}, c’est-à-dire CB→=2 CA→\overrightarrow{CB}=2\,\overrightarrow{CA} : les vecteurs CB→\overrightarrow{CB} et CA→\overrightarrow{CA} sont colinéaires. Donc les points AA, BB et CC sont alignés.

Exercice 2 — Géométrie dans l’espace (3 points)

On considère, dans l’espace rapporté à un repère orthonormé (O,i⃗,j⃗,k⃗)(O,\vec{i},\vec{j},\vec{k}), le plan (P)(P) d’équation : x+2y+z−1=0x+2y+z-1=0 et la sphère (S)(S) d’équation : x2+y2+z2−4x−6y+2z+5=0x^2+y^2+z^2-4x-6y+2z+5=0

1. (0.75 pt) Montrer que le centre de la sphère (S)(S) est le point I(2,3,−1)I(2,3,-1) et son rayon est 33.

Voir la solution

x2−4x=(x−2)2−4x^2-4x=(x-2)^2-4,   y2−6y=(y−3)2−9\;y^2-6y=(y-3)^2-9,   z2+2z=(z+1)2−1\;z^2+2z=(z+1)^2-1. L’équation devient : (x−2)2+(y−3)2+(z+1)2−4−9−1+5=0  ⟺  (x−2)2+(y−3)2+(z+1)2=9=32.(x-2)^2+(y-3)^2+(z+1)^2-4-9-1+5=0 \iff (x-2)^2+(y-3)^2+(z+1)^2=9=3^2. Donc (S)(S) est la sphère de centre I(2,3,−1)I(2,3,-1) et de rayon R=3R=3.

2.a. (0.5 pt) Montrer que la distance du point II au plan (P)(P) est 6\sqrt{6}.

Voir la solution

d(I,(P))=∣2+2×3+(−1)−1∣12+22+12=66=6.d\big(I,(P)\big)=\frac{|2+2\times3+(-1)-1|}{\sqrt{1^2+2^2+1^2}}=\frac{6}{\sqrt{6}}=\sqrt{6}.

2.b. (0.75 pt) En déduire que le plan (P)(P) coupe la sphère (S)(S) suivant un cercle (Γ)(\Gamma) de rayon 3\sqrt{3}.

Voir la solution

On a d(I,(P))=6<3=Rd(I,(P))=\sqrt{6}<3=R (car 6<96<9). Donc le plan (P)(P) coupe la sphère (S)(S) suivant un cercle (Γ)(\Gamma) dont le rayon rr vérifie (Pythagore) : r=R2−d2=9−6=3.r=\sqrt{R^2-d^2}=\sqrt{9-6}=\sqrt{3}.

3.a. (0.5 pt) Déterminer une représentation paramétrique de la droite (D)(D) passant par II et orthogonale à (P)(P).

Voir la solution

Le vecteur n⃗(1,2,1)\vec{n}(1,2,1) est normal à (P)(P), donc c’est un vecteur directeur de (D)(D). Comme I(2,3,−1)∈(D)I(2,3,-1)\in(D) : (D): {x=2+ty=3+2tz=−1+t(t∈R).(D):\ \begin{cases}x=2+t\\ y=3+2t\\ z=-1+t\end{cases}\qquad (t\in\mathbb{R}).

3.b. (0.5 pt) Montrer que le centre du cercle (Γ)(\Gamma) est le point H(1,1,−2)H(1,1,-2).

Voir la solution

Le centre de (Γ)(\Gamma) est le projeté orthogonal de II sur (P)(P), c’est-à-dire le point d’intersection de (D)(D) et (P)(P). On remplace dans l’équation de (P)(P) : (2+t)+2(3+2t)+(−1+t)−1=0  ⟺  6t+6=0  ⟺  t=−1(2+t)+2(3+2t)+(-1+t)-1=0 \iff 6t+6=0 \iff t=-1. Pour t=−1t=-1 : x=1x=1, y=1y=1, z=−2z=-2. Donc le centre de (Γ)(\Gamma) est H(1,1,−2)H(1,1,-2).

Exercice 3 — Calcul des probabilités (3 points)

Une boîte contient quatre boules blanches et trois boules rouges (les boules sont indiscernables au toucher). On tire au hasard successivement et sans remise trois boules de la boîte.

1. (1 pt) Quelle est la probabilité de tirer trois boules blanches ?

Voir la solution

Un tirage est un arrangement de 3 boules parmi 7 : card⁡Ω=A73=7×6×5=210\operatorname{card}\Omega=A_7^3=7\times6\times5=210. Soit BB l’événement « tirer trois boules blanches » : card⁡B=A43=4×3×2=24\operatorname{card}B=A_4^3=4\times3\times2=24. p(B)=24210=435.p(B)=\frac{24}{210}=\frac{4}{35}.

2. (1 pt) Montrer que la probabilité de tirer trois boules de même couleur est 17\dfrac{1}{7}.

Voir la solution

Soit MM l’événement « trois boules de même couleur » : trois blanches ou trois rouges (événements incompatibles). Trois rouges : A33=3×2×1=6A_3^3=3\times2\times1=6 cas. Donc card⁡M=24+6=30\operatorname{card}M=24+6=30 et p(M)=30210=17.p(M)=\frac{30}{210}=\frac{1}{7}.

3. (1 pt) Quelle est la probabilité de tirer au moins une boule blanche ?

Voir la solution

L’événement contraire de « au moins une boule blanche » est « aucune boule blanche », c’est-à-dire « trois boules rouges », de probabilité 6210=135\dfrac{6}{210}=\dfrac{1}{35}. p(au moins une blanche)=1−135=3435.p(\text{au moins une blanche})=1-\frac{1}{35}=\frac{34}{35}.

Exercice 4 — Suites numériques (3 points)

Soit (un)(u_n) la suite numérique définie par : u0=2u_0=2 et un+1=5un2un+3u_{n+1}=\dfrac{5u_n}{2u_n+3} pour tout n∈Nn\in\mathbb{N}.

1. (1 pt) Montrer que : un>1u_n>1 pour tout nn de N\mathbb{N}.

Voir la solution

Par récurrence.

  • Pour n=0n=0 : u0=2>1u_0=2>1.
  • Soit n∈Nn\in\mathbb{N} ; supposons un>1u_n>1. Alors 2un+3>02u_n+3>0 et un+1−1=5un−2un−32un+3=3(un−1)2un+3.u_{n+1}-1=\frac{5u_n-2u_n-3}{2u_n+3}=\frac{3(u_n-1)}{2u_n+3}. Comme un−1>0u_n-1>0 et 2un+3>02u_n+3>0, on obtient un+1−1>0u_{n+1}-1>0, soit un+1>1u_{n+1}>1.

D’après le principe du raisonnement par récurrence, pour tout n∈Nn\in\mathbb{N} : un>1u_n>1.

2. On pose : vn=un−1unv_n=\dfrac{u_n-1}{u_n} pour tout nn de N\mathbb{N}.

2.a. (1 pt) Montrer que (vn)(v_n) est une suite géométrique de raison 35\dfrac{3}{5} puis exprimer vnv_n en fonction de nn.

Voir la solution

vnv_n est bien défini car un>1>0u_n>1>0. On a un+1−1=3(un−1)2un+3u_{n+1}-1=\dfrac{3(u_n-1)}{2u_n+3} (question 1), donc vn+1=un+1−1un+1=3(un−1)2un+3×2un+35un=35⋅un−1un=35 vn.v_{n+1}=\frac{u_{n+1}-1}{u_{n+1}}=\frac{3(u_n-1)}{2u_n+3}\times\frac{2u_n+3}{5u_n}=\frac{3}{5}\cdot\frac{u_n-1}{u_n}=\frac{3}{5}\,v_n. Donc (vn)(v_n) est géométrique de raison q=35q=\dfrac{3}{5} et de premier terme v0=2−12=12v_0=\dfrac{2-1}{2}=\dfrac12. vn=12(35)npour tout n∈N.v_n=\frac12\left(\frac35\right)^n\quad\text{pour tout } n\in\mathbb{N}.

2.b. (1 pt) Montrer que : un=22−(35)nu_n=\dfrac{2}{2-\left(\frac{3}{5}\right)^n} pour tout n∈Nn\in\mathbb{N} puis calculer la limite de la suite (un)(u_n).

Voir la solution

vn=1−1unv_n=1-\dfrac{1}{u_n}, donc 1un=1−vn\dfrac{1}{u_n}=1-v_n et un=11−vnu_n=\dfrac{1}{1-v_n} (avec vn≠1v_n\neq1 puisque vn⩽12v_n\leqslant\frac12). un=11−12(35)n=22−(35)n.u_n=\frac{1}{1-\frac12\left(\frac35\right)^n}=\frac{2}{2-\left(\frac35\right)^n}. Comme −1<35<1-1<\dfrac35<1, lim⁡n→+∞(35)n=0\lim\limits_{n\to+\infty}\left(\dfrac35\right)^n=0, donc lim⁡n→+∞un=22−0=1\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=\dfrac{2}{2-0}=1.

Exercice 5 — Problème (8 points)

I. On considère la fonction numérique gg définie sur R\mathbb{R} par : g(x)=e2x−2xg(x)=e^{2x}-2x.

1. (1 pt) Calculer g′(x)g'(x) pour tout x∈Rx\in\mathbb{R} puis montrer que gg est croissante sur [0,+∞[[0,+\infty[ et décroissante sur ]−∞,0]]-\infty,0].

Voir la solution

gg est dérivable sur R\mathbb{R} et g′(x)=2e2x−2=2(e2x−1)g'(x)=2e^{2x}-2=2\left(e^{2x}-1\right).

  • Si x⩾0x\geqslant0 : 2x⩾02x\geqslant0, donc e2x⩾1e^{2x}\geqslant1 et g′(x)⩾0g'(x)\geqslant0 : gg est croissante sur [0,+∞[[0,+\infty[.
  • Si x⩽0x\leqslant0 : e2x⩽1e^{2x}\leqslant1 et g′(x)⩽0g'(x)\leqslant0 : gg est décroissante sur ]−∞,0]]-\infty,0].

2. (0.75 pt) En déduire que g(x)>0g(x)>0 pour tout xx de R\mathbb{R} (remarquer que g(0)=1g(0)=1).

Voir la solution

D’après la question 1, gg admet un minimum en 00 sur R\mathbb{R}, égal à g(0)=e0−0=1g(0)=e^0-0=1. Donc pour tout x∈Rx\in\mathbb{R} : g(x)⩾1>0g(x)\geqslant1>0.

II. On considère la fonction numérique ff définie sur R\mathbb{R} par : f(x)=ln⁡(e2x−2x)f(x)=\ln\left(e^{2x}-2x\right). Soit (C)(C) la courbe représentative de la fonction ff dans un repère orthonormé (O,i⃗,j⃗)(O,\vec{i},\vec{j}).

1.a. (0.5 pt) Montrer que : lim⁡x→−∞f(x)=+∞\lim\limits_{x\to-\infty}f(x)=+\infty.

Voir la solution

ff est bien définie sur R\mathbb{R} car g(x)>0g(x)>0. On a lim⁡x→−∞e2x=0\lim\limits_{x\to-\infty}e^{2x}=0 et lim⁡x→−∞(−2x)=+∞\lim\limits_{x\to-\infty}(-2x)=+\infty, donc lim⁡x→−∞g(x)=+∞\lim\limits_{x\to-\infty}g(x)=+\infty. Comme lim⁡t→+∞ln⁡t=+∞\lim\limits_{t\to+\infty}\ln t=+\infty, on obtient lim⁡x→−∞f(x)=+∞\lim\limits_{x\to-\infty}f(x)=+\infty.

1.b. (0.25 pt) Vérifier que : f(x)x=(e2xx−2)ln⁡(e2x−2x)e2x−2x\dfrac{f(x)}{x}=\left(\dfrac{e^{2x}}{x}-2\right)\dfrac{\ln\left(e^{2x}-2x\right)}{e^{2x}-2x} pour tout xx de R∗\mathbb{R}^*.

Voir la solution

Pour x≠0x\neq0 : (e2xx−2)=e2x−2xx\left(\dfrac{e^{2x}}{x}-2\right)=\dfrac{e^{2x}-2x}{x}, donc (e2xx−2)ln⁡(e2x−2x)e2x−2x=e2x−2xx⋅ln⁡(e2x−2x)e2x−2x=ln⁡(e2x−2x)x=f(x)x.\left(\frac{e^{2x}}{x}-2\right)\frac{\ln\left(e^{2x}-2x\right)}{e^{2x}-2x}=\frac{e^{2x}-2x}{x}\cdot\frac{\ln\left(e^{2x}-2x\right)}{e^{2x}-2x}=\frac{\ln\left(e^{2x}-2x\right)}{x}=\frac{f(x)}{x}.

1.c. (0.5 pt) Montrer que lim⁡x→−∞f(x)x=0\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{f(x)}{x}=0 (on rappelle : lim⁡t→+∞ln⁡tt=0\lim\limits_{t\to+\infty}\dfrac{\ln t}{t}=0).

Voir la solution
  • lim⁡x→−∞e2xx=0\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{e^{2x}}{x}=0 (numérateur →0\to0, dénominateur →−∞\to-\infty), donc lim⁡x→−∞(e2xx−2)=−2\lim\limits_{x\to-\infty}\left(\dfrac{e^{2x}}{x}-2\right)=-2.
  • On pose t=e2x−2xt=e^{2x}-2x : quand x→−∞x\to-\infty, t→+∞t\to+\infty, donc lim⁡x→−∞ln⁡(e2x−2x)e2x−2x=lim⁡t→+∞ln⁡tt=0\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{\ln\left(e^{2x}-2x\right)}{e^{2x}-2x}=\lim\limits_{t\to+\infty}\dfrac{\ln t}{t}=0.

D’après 1.b : lim⁡x→−∞f(x)x=(−2)×0=0\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{f(x)}{x}=(-2)\times0=0.

1.d. (0.25 pt) En déduire que la courbe (C)(C) admet, au voisinage de −∞-\infty, une branche parabolique dont on précisera la direction.

Voir la solution

On a lim⁡x→−∞f(x)=+∞\lim\limits_{x\to-\infty}f(x)=+\infty et lim⁡x→−∞f(x)x=0\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{f(x)}{x}=0. Donc (C)(C) admet, au voisinage de −∞-\infty, une branche parabolique de direction l’axe des abscisses.

2.a. (0.75 pt) Pour tout xx de [0,+∞[[0,+\infty[, vérifier que : 1−2xe2x>01-\dfrac{2x}{e^{2x}}>0 et que 2x+ln⁡(1−2xe2x)=f(x)2x+\ln\left(1-\dfrac{2x}{e^{2x}}\right)=f(x).

Voir la solution

Pour x⩾0x\geqslant0 : 1−2xe2x=e2x−2xe2x=g(x)e2x>01-\dfrac{2x}{e^{2x}}=\dfrac{e^{2x}-2x}{e^{2x}}=\dfrac{g(x)}{e^{2x}}>0 car g(x)>0g(x)>0 et e2x>0e^{2x}>0.

Ensuite : 2x+ln⁡(1−2xe2x)=ln⁡(e2x)+ln⁡(e2x−2xe2x)=ln⁡(e2x×e2x−2xe2x)=ln⁡(e2x−2x)=f(x).2x+\ln\left(1-\frac{2x}{e^{2x}}\right)=\ln\left(e^{2x}\right)+\ln\left(\frac{e^{2x}-2x}{e^{2x}}\right)=\ln\left(e^{2x}\times\frac{e^{2x}-2x}{e^{2x}}\right)=\ln\left(e^{2x}-2x\right)=f(x).

2.b. (0.5 pt) En déduire que lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=+\infty (on rappelle : lim⁡u→+∞euu=+∞\lim\limits_{u\to+\infty}\dfrac{e^u}{u}=+\infty).

Voir la solution

On pose u=2xu=2x : 2xe2x=1euu→0\dfrac{2x}{e^{2x}}=\dfrac{1}{\frac{e^u}{u}}\to0 quand x→+∞x\to+\infty. Donc lim⁡x→+∞ln⁡(1−2xe2x)=ln⁡1=0\lim\limits_{x\to+\infty}\ln\left(1-\dfrac{2x}{e^{2x}}\right)=\ln1=0. Comme lim⁡x→+∞2x=+∞\lim\limits_{x\to+\infty}2x=+\infty, on obtient d’après 2.a : lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=+\infty.

2.c. (0.5 pt) Montrer que la droite (D)(D) d’équation y=2xy=2x est une asymptote oblique à la courbe (C)(C) au voisinage de +∞+\infty.

Voir la solution

D’après 2.a et 2.b : f(x)−2x=ln⁡(1−2xe2x)→x→+∞0f(x)-2x=\ln\left(1-\dfrac{2x}{e^{2x}}\right)\xrightarrow[x\to+\infty]{}0. Donc la droite (D):y=2x(D):y=2x est une asymptote oblique à (C)(C) au voisinage de +∞+\infty.

2.d. (0.75 pt) Montrer que : f(x)−2x⩽0f(x)-2x\leqslant0 pour tout xx de [0,+∞[[0,+\infty[ et en déduire que (C)(C) est en-dessous de (D)(D) sur l’intervalle [0,+∞[[0,+\infty[.

Voir la solution

Pour x⩾0x\geqslant0 : 2xe2x⩾0\dfrac{2x}{e^{2x}}\geqslant0, donc 0<1−2xe2x⩽10<1-\dfrac{2x}{e^{2x}}\leqslant1 et, la fonction ln⁡\ln étant croissante, ln⁡(1−2xe2x)⩽ln⁡1=0\ln\left(1-\dfrac{2x}{e^{2x}}\right)\leqslant\ln1=0. Donc f(x)−2x⩽0f(x)-2x\leqslant0 sur [0,+∞[[0,+\infty[ : la courbe (C)(C) est en-dessous de (D)(D) sur [0,+∞[[0,+\infty[ (elles se coupent seulement en OO, pour x=0x=0).

3.a. (0.75 pt) Montrer que pour tout xx de R\mathbb{R} : f′(x)=2(e2x−1)g(x)f'(x)=\dfrac{2\left(e^{2x}-1\right)}{g(x)}.

Voir la solution

f=ln⁡∘gf=\ln\circ g avec gg dérivable et strictement positive sur R\mathbb{R}, donc ff est dérivable sur R\mathbb{R} et f′(x)=g′(x)g(x)=2(e2x−1)g(x).f'(x)=\frac{g'(x)}{g(x)}=\frac{2\left(e^{2x}-1\right)}{g(x)}.

3.b. (0.5 pt) Étudier le signe de f′(x)f'(x) pour tout x∈Rx\in\mathbb{R} puis dresser le tableau de variations de la fonction ff.

Voir la solution

Comme g(x)>0g(x)>0, f′(x)f'(x) a le signe de e2x−1e^{2x}-1 : f′(x)⩽0f'(x)\leqslant0 sur ]−∞,0]]-\infty,0] et f′(x)⩾0f'(x)\geqslant0 sur [0,+∞[[0,+\infty[ (avec f′(0)=0f'(0)=0). De plus f(0)=ln⁡1=0f(0)=\ln1=0.

xx−∞-\infty00+∞+\infty
f′(x)f'(x)−-00++
f(x)f(x)+∞+\infty↘\searrow00↗\nearrow+∞+\infty

ff admet un minimum égal à 00 en 00 : f(x)⩾0f(x)\geqslant0 pour tout x∈Rx\in\mathbb{R}.

4. (1 pt) Tracer (C)(C) et (D)(D) dans le repère (O,i⃗,j⃗)(O,\vec{i},\vec{j}) (On admet que la courbe (C)(C) a deux points d’inflexion).

Voir la solution

Éléments utiles pour le tracé :

  • (C)(C) passe par OO avec une tangente horizontale (minimum) ;
  • asymptote oblique (D):y=2x(D):y=2x en +∞+\infty, (C)(C) en dessous de (D)(D) sur [0,+∞[[0,+\infty[ ;
  • branche parabolique de direction (Ox)(Ox) en −∞-\infty ;
  • quelques valeurs : f(1)=ln⁡(e2−2)≈1,68f(1)=\ln(e^2-2)\approx1{,}68 ; f(−1)=ln⁡(e−2+2)≈0,76f(-1)=\ln(e^{-2}+2)\approx0{,}76 ; f(−2)≈1,39f(-2)\approx1{,}39.
Courbe $(C)$ et asymptote $(D)$

← Tous les examens nationaux

← Retour aux chapitres 2BAC PC SVT