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 2012
Mathématiques — Filière : Sciences Expérimentales — Option PC & SVT
Durée : 3 h — Coefficient : 7
Exercice 1 — Géométrie dans l’espace (3 points)
On considère, dans l’espace rapporté à un repère orthonormé direct (O,,,k), les points A(−3,0,0), B(0,0,−3) et C(0,2,−2) et la sphère (S) de centre Ω(1,1,1) et de rayon 3.
1) a)(1,25 pt) Montrer que AB∧AC=6−3+6k puis en déduire que 2x−y+2z+6=0 est une équation cartésienne du plan (ABC).
Voir la solution
AB(3,0,−3) et AC(3,2,−2). On a :
AB∧AC=02−3−2−33−3−2+3302k=(0+6)−(−6+9)+(6−0)k=6−3+6k.
En simplifiant par 3 : vecteur normal (2,−1,2). Une équation est 2x−y+2z+d=0. Avec A(−3,0,0) : −6+d=0, donc d=6.
D’où (ABC):2x−y+2z+6=0.
b)(0,75 pt) Calculer d(Ω,(ABC)) puis en déduire que le plan (ABC) est tangent à la sphère (S).
Voir la solution
d(Ω,(ABC))=4+1+4∣2−1+2+6∣=39=3=R.
La distance du centre au plan égale le rayon : (ABC) est tangent à (S).
2) Soit (D) la droite passant par le point Ω et perpendiculaire au plan (ABC).
a)(0,5 pt) Montrer que
⎩⎨⎧x=1+2ty=1−tz=1+2t(t∈R)
est une représentation paramétrique de la droite (D).
Voir la solution
(D) passe par Ω(1,1,1) et est dirigée par n(2,−1,2). D’où la représentation paramétrique annoncée.
b)(0,5 pt) Démontrer que le triplet de coordonnées de H point de contact du plan (ABC) et la sphère (S) est (−1,2,−1).
On considère, dans le plan muni d’un repère orthonormé direct (O,u,v), les points A, B et C d’affixes respectives : a=2−i, b=6−7i et c=8+3i.
1) a)(0,75 pt) Montrer que : b−ac−a=i.
Voir la solution
c−a=(8+3i)−(2−i)=6+4i et b−a=(6−7i)−(2−i)=4−6i.
b−ac−a=4−6i6+4i=2(2−3i)2(3+2i)=2−3i3+2i=4+9(3+2i)(2+3i)=136+9i+4i+6i2=1313i=i.
b)(0,75 pt) En déduire que le triangle ABC est isocèle et rectangle en A.
Voir la solution
b−ac−a=i=eiπ/2, donc b−ac−a=1 et arg(b−ac−a)=2π[2π].
D’où AC=AB et (AB,AC)=2π[2π] : le triangle ABC est isocèle et rectangle en A.
2) Soit z l’affixe d’un point M du plan et z′ l’affixe du point M′ image de M par la rotation R de centre Ω milieu du segment [BC] et d’angle −2π.
a)(0,5 pt) Vérifier que l’affixe du point Ω est ω=7−2i.
Voir la solution
ω=2b+c=2(6−7i)+(8+3i)=214−4i=7−2i.
b)(0,75 pt) Montrer que z′=−iz+9+5i.
Voir la solution
z′−ω=e−iπ/2(z−ω)=−i(z−ω), donc
z′=ω−i(z−ω)=−iz+ω(1+i).ω(1+i)=(7−2i)(1+i)=7+7i−2i−2i2=9+5i.
D’où z′=−iz+9+5i.
c)(0,25 pt) Montrer que le point C est l’image du point A par la rotation R.
Voir la solution
L’image de A a pour affixe −ia+9+5i=−i(2−i)+9+5i=−2i+i2+9+5i=8+3i=c. Donc R(A)=C.
Exercice 3 — Suites numériques (3 points)
On considère la suite numérique (un) définie par : u0=3 et un+1=3un+44un+3 pour tout n de N.
1)(0,5 pt) Montrer par récurrence que un>1 pour tout n de N.
Voir la solution
Montrons par récurrence que, pour tout n∈N, un>1.
Initialisation. Pour n=0 : u0=3>1. La propriété est vraie au rang 0.
Hérédité. Soit n∈N. Supposons que un>1. Alors
un+1−1=3un+44un+3−1=3un+44un+3−3un−4=3un+4un−1.
Comme un>1 et 3un+4>0, on a un+1−1>0, soit un+1>1.
Conclusion. D’après le principe du raisonnement par récurrence, pour tout n∈N : un>1.
2) On pose vn=un+1un−1 pour tout n de N.
a)(0,5 pt) Vérifier que 1−vn=un+12 pour tout n de N et en déduire que (∀n∈N)1−vn>0.
Voir la solution
1−vn=1−un+1un−1=un+1un+1−(un−1)=un+12.
Comme un>1, on a un+1>0, donc 1−vn>0.
b)(0,5 pt) Montrer que un=1−vn1+vn pour tout n de N.
Voir la solution
De vn=un+1un−1 : vn(un+1)=un−1⟺vnun+vn=un−1⟺vn+1=un(1−vn).
Or 1−vn>0, donc un=1−vn1+vn.
3) a)(1 pt) Montrer que (vn) est une suite géométrique de raison 71 et exprimer vn en fonction de n.
Voir la solution
vn+1=un+1+1un+1−1=3un+44un+3+13un+4un−1=4un+3+3un+4un−1=7un+7un−1=71⋅un+1un−1=71vn.
Donc (vn) est géométrique de raison 71 et v0=3+13−1=21.
D’où vn=21(71)n pour tout n∈N.
b)(0,5 pt) Montrer que n→+∞limvn=0 et en déduire la limite de la suite (un).
Voir la solution
n→+∞limvn=0. Or un=1−vn1+vn, donc n→+∞limun=1.
Exercice 4 — Calcul des probabilités (3 points)
Une urne contient cinq boules rouges, quatre boules blanches et trois boules vertes (les boules sont indiscernables au toucher).
On tire au hasard, simultanément, trois boules de l’urne.
1)(1 pt) Montrer que la probabilité de tirer trois boules rouges est 221.
Exercice 5 — Étude de fonctions numériques et calcul intégral (8 points)
On considère la fonction numérique f définie sur R par f(x)=x+ex+1ex−1
Et soit (C) la courbe représentative de la fonction f dans un repère orthonormé (O;;).
1)(0,75 pt) Montrer que f(−x)=−f(x) pour tout x de R et en déduire que le point O est centre de symétrie de la courbe (C).
Voir la solution
f(−x)=−x+e−x+1e−x−1=−x+1+ex1−ex=−x−ex+1ex−1=−f(x).f est impaire : O est centre de symétrie de (C).
2)(0,5 pt) Vérifier que f(x)=x+1−ex+12 pour tout x de R.
(il est préférable d’utiliser cette expression de f(x) pour traiter les questions qui suivent)
Voir la solution
x+1−ex+12=x+ex+1ex+1−2=x+ex+1ex−1=f(x).
3) a)(1,25 pt) Montrer que f′(x)=1+(ex+1)22ex pour tout x de R et vérifier que f′(0)=23.
Voir la solution
f′(x)=1+(ex+1)22ex.
(En dérivant x+1−ex+12 : dérivée de −ex+12 est (ex+1)22ex.)
f′(0)=1+42=23.
b)(0,5 pt) Montrer que la fonction f est croissante sur R.
Voir la solution
Pour tout x, (ex+1)22ex>0, donc f′(x)>1>0 : f est strictement croissante sur R.
c)(0,5 pt) Montrer que y=23x est une équation cartésienne de la droite (T) tangente à la courbe (C) au point O.
Voir la solution
f(0)=0 et f′(0)=23 : tangente y=23x.
4) a)(0,5 pt) Montrer que : x→+∞limf(x)=+∞.
Voir la solution
x→+∞limex+1ex−1=1, donc x→+∞limf(x)=+∞.
b)(0,5 pt) Calculer x→+∞lim[f(x)−(x+1)] et en déduire que la droite (D) d’équation y=x+1 est une asymptote à la courbe (C) au voisinage de +∞.
Voir la solution
f(x)−(x+1)=−ex+12x→+∞0. Donc (D):y=x+1 est asymptote à (C) au voisinage de +∞.
c)(0,25 pt) Montrer que la courbe (C) est au-dessous de la droite (D).
Voir la solution
f(x)−(x+1)=−ex+12<0 pour tout x : (C) est au-dessous de (D).
5)(1,5 pt) Construire les deux droites (D) et (T) et la courbe (C).
(on rappelle que O est centre de symétrie de la courbe (C))
Voir la solution
6) a)(0,75 pt) Montrer que la fonction H:x↦x−ln(ex+1) est une fonction primitive de la fonction x↦ex+11 sur R.
Voir la solution
H′(x)=1−ex+1ex=ex+11.
b)(0,5 pt) En déduire que : ∫0ln2ex+11dx=ln4−ln3