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Examen national 2018 — Session normale

2BAC PC SVT · Mathématiques

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Examen national du baccalauréat — Session normale 2018

Mathématiques — Filière : Sciences Expérimentales (les deux parcours) — option française Code NS 22F — Durée : 3 h — Coefficient : 7

INSTRUCTIOS GENERALES

  • L’utilisation de la calculatrice non programmable est autorisée
  • Le candidat peut traiter les exercices de l’épreuve suivant l’ordre qui lui convient
  • L’utilisation de la couleur rouge lors de la rédaction des solutions est à éviter

COMPOSANTES DU SUJET

L’épreuve est composée de trois exercices et un problème indépendants entre eux et répartis suivant les domaines comme suit :

DomaineBarème
Exercice 1Géométrie dans l’espace3 points
Exercice 2Nombres complexes3 points
Exercice 3Calcul des probabilités3 points
ProblèmeEtude d’une fonction numérique et des suites numériques11 points

Exercice 1 — Géométrie dans l’espace (3 points)

Dans l’espace rapporté à un repère orthonormé direct (O;i⃗,j⃗,k⃗)(O;\vec{i},\vec{j},\vec{k}), on considère les points A(0,−2,−2)A(0,-2,-2), B(1,−2,−4)B(1,-2,-4) et C(−3,−1,2)C(-3,-1,2).

1) (1 pt) Montrer que AB→∧AC→=2i⃗+2j⃗+k⃗\overrightarrow{AB}\wedge\overrightarrow{AC}=2\vec{i}+2\vec{j}+\vec{k} et en déduire que 2x+2y+z+6=02x+2y+z+6=0 est une équation cartésienne du plan (ABC)(ABC).

Voir la solution

AB→=(1,−0,−2)=(1,0,−2)\overrightarrow{AB}=(1,-0,-2)=(1,0,-2) et AC→=(−3,1,4)\overrightarrow{AC}=(-3,1,4).

AB→∧AC→=∣i⃗j⃗k⃗10−2−314∣=i⃗(0−(−2))−j⃗(4−6)+k⃗(1−0)=2i⃗+2j⃗+k⃗.\overrightarrow{AB}\wedge\overrightarrow{AC}=\begin{vmatrix}\vec{i}&\vec{j}&\vec{k}\\1&0&-2\\-3&1&4\end{vmatrix}=\vec{i}(0-(-2))-\vec{j}(4-6)+\vec{k}(1-0)=2\vec{i}+2\vec{j}+\vec{k}.

Un vecteur normal au plan est n⃗=(2,2,1)\vec{n}=(2,2,1). Une équation est 2(x−0)+2(y+2)+1(z+2)=02(x-0)+2(y+2)+1(z+2)=0, soit 2x+2y+z+6=02x+2y+z+6=0.

2) (0.5 pt) On considère la sphère (S)(S) dont une équation est x2+y2+z2−2x−2z−23=0x^2+y^2+z^2-2x-2z-23=0. Vérifier que la sphère (S)(S) a pour centre Ω(1,0,1)\Omega(1,0,1) et pour rayon R=5R=5.

Voir la solution

x2−2x+y2+z2−2z=23  ⟺  (x−1)2−1+y2+(z−1)2−1=23  ⟺  (x−1)2+y2+(z−1)2=25.x^2-2x+y^2+z^2-2z=23\iff(x-1)^2-1+y^2+(z-1)^2-1=23\iff(x-1)^2+y^2+(z-1)^2=25.

Donc centre Ω(1,0,1)\Omega(1,0,1) et rayon R=5R=5.

3) a) (0.25 pt) Vérifier que {x=1+2ty=2tz=1+t\begin{cases}x=1+2t\\ y=2t\\ z=1+t\end{cases} (t∈R)(t\in\mathbb{R}) est une représentation paramétrique de la droite (Δ)(\Delta) passant par le point Ω\Omega et orthogonale au plan (ABC)(ABC).

Voir la solution

Pour t=0t=0 : (1,0,1)=Ω(1,0,1)=\Omega. Le vecteur directeur u⃗=(2,2,1)\vec{u}=(2,2,1) est colinéaire au vecteur normal AB→∧AC→\overrightarrow{AB}\wedge\overrightarrow{AC} du plan (ABC)(ABC), donc (Δ)(\Delta) est orthogonale à (ABC)(ABC) et passe par Ω\Omega.

b) (0.5 pt) Déterminer les coordonnées de HH le point d’intersection de la droite (Δ)(\Delta) et du plan (ABC)(ABC).

Voir la solution

On injecte dans l’équation du plan : 2(1+2t)+2(2t)+(1+t)+6=02(1+2t)+2(2t)+(1+t)+6=0, soit 2+4t+4t+1+t+6=02+4t+4t+1+t+6=0, donc 9t+9=09t+9=0, t=−1t=-1.

Ainsi H(1−2,−2,1−1)=H(−1,−2,0)H(1-2,-2,1-1)=H(-1,-2,0).

4) (0.75 pt) Vérifier que d(Ω,(ABC))=3d(\Omega,(ABC))=3, puis montrer que le plan (ABC)(ABC) coupe la sphère (S)(S) selon un cercle de rayon 44, dont on déterminera le centre.

Voir la solution

d(Ω,(ABC))=∣2⋅1+2⋅0+1+6∣4+4+1=93=3.d(\Omega,(ABC))=\dfrac{|2\cdot1+2\cdot0+1+6|}{\sqrt{4+4+1}}=\dfrac{9}{3}=3.

Comme d=3<R=5d=3<R=5, l’intersection est un cercle de centre HH (projeté de Ω\Omega sur le plan) et de rayon r=R2−d2=25−9=4r=\sqrt{R^2-d^2}=\sqrt{25-9}=4.

Exercice 2 — Nombres complexes (3 points)

1) (0.75 pt) Résoudre dans l’ensemble C\mathbb{C} des nombres complexes : 2z2+2z+5=02z^2+2z+5=0.

Voir la solution

Δ=4−40=−36=36i2\Delta=4-40=-36=36i^2. Les solutions sont z=−2±6i4=−12±32iz=\dfrac{-2\pm6i}{4}=-\dfrac{1}{2}\pm\dfrac{3}{2}i.

2) Dans le plan complexe rapporté à un repère orthonormé direct (O;u⃗,v⃗)(O;\vec{u},\vec{v}), on considère la rotation RR de centre OO et d’angle 2π3\dfrac{2\pi}{3}.

a) (0.25 pt) Écrire sous forme trigonométrique le nombre complexe d=−12+32id=-\dfrac{1}{2}+\dfrac{\sqrt{3}}{2}i.

Voir la solution

∣d∣=1|d|=1 et arg⁡(d)=2π3\arg(d)=\dfrac{2\pi}{3}, donc d=cos⁡2π3+isin⁡2π3d=\cos\dfrac{2\pi}{3}+i\sin\dfrac{2\pi}{3}.

b) (0.5 pt) On considère le point AA d’affixe a=−12+32ia=-\dfrac{1}{2}+\dfrac{\sqrt{3}}{2}i et le point BB image du point AA par la rotation RR ; soit bb l’affixe du point BB, montrer que b=dab=da.

Voir la solution

L’écriture complexe de RR est z′=ei2π/3z=dzz'=e^{i2\pi/3}z=dz. Donc b=dab=da.

3) Soit TT la translation de vecteur OA→\overrightarrow{OA} et CC l’image de BB par la translation TT et cc l’affixe de CC.

a) (0.75 pt) Vérifier que c=b+ac=b+a et en déduire que c=a(12+32i)c=a\left(\dfrac{1}{2}+\dfrac{\sqrt{3}}{2}i\right) (on pourra utiliser la question 2)b)).

Voir la solution

La translation de vecteur OA→\overrightarrow{OA} (affixe aa) donne c=b+ac=b+a.

Or b=dab=da, donc c=a(d+1)=a(−12+32i+1)=a(12+32i)c=a(d+1)=a\left(-\dfrac{1}{2}+\dfrac{\sqrt{3}}{2}i+1\right)=a\left(\dfrac{1}{2}+\dfrac{\sqrt{3}}{2}i\right).

b) (0.75 pt) Déterminer arg⁡(ca)\arg\left(\dfrac{c}{a}\right) puis en déduire que le triangle OACOAC est équilatéral.

Voir la solution

ca=12+32i=cos⁡π3+isin⁡π3\dfrac{c}{a}=\dfrac{1}{2}+\dfrac{\sqrt{3}}{2}i=\cos\dfrac{\pi}{3}+i\sin\dfrac{\pi}{3}, donc arg⁡(ca)=π3\arg\left(\dfrac{c}{a}\right)=\dfrac{\pi}{3}.

De plus ∣ca∣=1\left|\dfrac{c}{a}\right|=1, donc ∣c∣=∣a∣|c|=|a|, soit OC=OAOC=OA.

Ainsi OA=OCOA=OC et AOC^=π3\widehat{AOC}=\dfrac{\pi}{3} : le triangle OACOAC est équilatéral.

Exercice 3 — Calcul des probabilités (3 points)

Une urne contient 99 boules indiscernables au toucher : cinq boules rouges portant les nombres 1;1;2;2;21;1;2;2;2 et quatre boules blanches portant les nombres 1;2;2;21;2;2;2.

On considère l’expérience suivante : on tire au hasard et simultanément trois boules de l’urne. Soient les événements :

  • AA : « les trois boules tirées sont de même couleur »
  • BB : « les trois boules tirées portent le même nombre »
  • CC : « les trois boules tirées sont de même couleur et portent le même nombre »

1) (1.5 pt) Montrer que p(A)=16p(A)=\dfrac{1}{6}, p(B)=14p(B)=\dfrac{1}{4} et p(C)=142p(C)=\dfrac{1}{42}.

Voir la solution

Nombre de tirages possibles : (93)=84\binom{9}{3}=84.

AA : trois rouges ou trois blanches : (53)+(43)=10+4=14\binom{5}{3}+\binom{4}{3}=10+4=14, donc p(A)=1484=16p(A)=\dfrac{14}{84}=\dfrac{1}{6}.

BB : même nombre. Il y a 33 boules portant 11 et 66 portant 22 : (33)+(63)=1+20=21\binom{3}{3}+\binom{6}{3}=1+20=21, donc p(B)=2184=14p(B)=\dfrac{21}{84}=\dfrac{1}{4}.

CC : même couleur et même nombre. Trois rouges portant 22 : (33)=1\binom{3}{3}=1 ; trois blanches portant 22 : (33)=1\binom{3}{3}=1 (impossible pour le nombre 11). Donc p(C)=284=142p(C)=\dfrac{2}{84}=\dfrac{1}{42}.

2) On répète l’expérience précédente trois fois avec remise dans l’urne des trois boules tirées après chaque tirage, et on considère la variable aléatoire XX qui est égale au nombre de fois la réalisation de l’événement AA.

a) (0.5 pt) Déterminer les paramètres de la variable aléatoire binomiale XX.

Voir la solution

XX suit la loi binomiale de paramètres n=3n=3 et p=p(A)=16p=p(A)=\dfrac{1}{6}.

b) (1 pt) Montrer que p(X=1)=2572p(X=1)=\dfrac{25}{72} et calculer p(X=2)p(X=2).

Voir la solution

p(X=1)=(31)(16)(56)2=3⋅16⋅2536=75216=2572.p(X=1)=\binom{3}{1}\left(\dfrac{1}{6}\right)\left(\dfrac{5}{6}\right)^2=3\cdot\dfrac{1}{6}\cdot\dfrac{25}{36}=\dfrac{75}{216}=\dfrac{25}{72}.

p(X=2)=(32)(16)2(56)=3⋅136⋅56=15216=572.p(X=2)=\binom{3}{2}\left(\dfrac{1}{6}\right)^2\left(\dfrac{5}{6}\right)=3\cdot\dfrac{1}{36}\cdot\dfrac{5}{6}=\dfrac{15}{216}=\dfrac{5}{72}.

Exercice 4 — Problème (11 points)

I — Soit gg la fonction numérique définie sur R\mathbb{R} par : g(x)=ex−x2+3x−1g(x)=e^x-x^2+3x-1.

Le tableau de variations de gg (donné dans l’énoncé) indique que gg est strictement croissante sur R\mathbb{R}, de lim⁡x→−∞g(x)=−∞\lim_{x\to-\infty}g(x)=-\infty à lim⁡x→+∞g(x)=+∞\lim_{x\to+\infty}g(x)=+\infty.

1) (0.25 pt) Vérifier que g(0)=0g(0)=0.

Voir la solution

g(0)=e0−0+0−1=0g(0)=e^0-0+0-1=0.

2) (0.5 pt) Déterminer le signe de g(x)g(x) sur chacun des intervalles ]−∞,0]]-\infty,0] et [0,+∞[[0,+\infty[.

Voir la solution

gg est strictement croissante et g(0)=0g(0)=0, donc g(x)≤0g(x)\leq0 sur ]−∞,0]]-\infty,0] et g(x)≥0g(x)\geq0 sur [0,+∞[[0,+\infty[.

II — Soit ff la fonction numérique définie sur R\mathbb{R} par : f(x)=(x2−x)e−x+xf(x)=(x^2-x)e^{-x}+x et (C)(\mathcal{C}) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O;i⃗,j⃗)(O;\vec{i},\vec{j}) (unité : 1 cm1\,\mathrm{cm}).

1) a) (0.5 pt) Vérifier que f(x)=x2ex−xex+xf(x)=\dfrac{x^2}{e^x}-\dfrac{x}{e^x}+x pour tout xx de R\mathbb{R} puis montrer que lim⁡x→+∞f(x)=+∞\displaystyle\lim_{x\to+\infty}f(x)=+\infty.

Voir la solution

f(x)=(x2−x)e−x+x=x2ex−xex+xf(x)=(x^2-x)e^{-x}+x=\dfrac{x^2}{e^x}-\dfrac{x}{e^x}+x.

Par croissances comparées, x2ex→0\dfrac{x^2}{e^x}\to0 et xex→0\dfrac{x}{e^x}\to0, donc lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim_{x\to+\infty}f(x)=+\infty.

b) (0.75 pt) Calculer lim⁡x→+∞(f(x)−x)\displaystyle\lim_{x\to+\infty}(f(x)-x) puis en déduire que (C)(\mathcal{C}) admet une asymptote (D)(D) au voisinage de +∞+\infty d’équation y=xy=x.

Voir la solution

f(x)−x=(x2−x)e−x→x→+∞0f(x)-x=(x^2-x)e^{-x}\xrightarrow[x\to+\infty]{}0 (croissances comparées).

Donc la droite (D):y=x(D):y=x est asymptote à (C)(\mathcal{C}) au voisinage de +∞+\infty.

c) (0.5 pt) Vérifier que f(x)=x2−x+xexexf(x)=\dfrac{x^2-x+xe^x}{e^x} pour tout xx de R\mathbb{R} puis calculer lim⁡x→−∞f(x)\displaystyle\lim_{x\to-\infty}f(x).

Voir la solution

f(x)=x2−xex+x=x2−x+xexexf(x)=\dfrac{x^2-x}{e^x}+x=\dfrac{x^2-x+xe^x}{e^x}.

Quand x→−∞x\to-\infty : ex→0+e^x\to0^+ et x2−x+xex∼x2→+∞x^2-x+xe^x\sim x^2\to+\infty, donc lim⁡x→−∞f(x)=+∞\displaystyle\lim_{x\to-\infty}f(x)=+\infty.

d) (0.5 pt) Montrer que lim⁡x→−∞f(x)x=−∞\displaystyle\lim_{x\to-\infty}\dfrac{f(x)}{x}=-\infty et interpréter le résultat géométriquement.

Voir la solution

f(x)x=x−1+exex=(x−1)e−x+1.\dfrac{f(x)}{x}=\dfrac{x-1+e^x}{e^x}=(x-1)e^{-x}+1.

(x−1)e−x→x→−∞−∞(x-1)e^{-x}\xrightarrow[x\to-\infty]{}-\infty (car e−x→+∞e^{-x}\to+\infty et x−1→−∞x-1\to-\infty), donc lim⁡x→−∞f(x)x=−∞\lim_{x\to-\infty}\dfrac{f(x)}{x}=-\infty.

Géométriquement : (C)(\mathcal{C}) admet une branche parabolique de direction l’axe des ordonnées au voisinage de −∞-\infty.

2) a) (0.25 pt) Montrer que f(x)−xf(x)-x et x2−xx^2-x ont le même signe pour tout xx de R\mathbb{R}.

Voir la solution

f(x)−x=(x2−x)e−xf(x)-x=(x^2-x)e^{-x} et e−x>0e^{-x}>0 pour tout xx, donc f(x)−xf(x)-x et x2−xx^2-x ont le même signe.

b) (0.5 pt) En déduire que (C)(\mathcal{C}) est au-dessus de (D)(D) sur chacun des intervalles ]−∞,0]]-\infty,0] et [1,+∞[[1,+\infty[, et en dessous de (D)(D) sur l’intervalle [0,1][0,1].

Voir la solution

x2−x=x(x−1)x^2-x=x(x-1) est positif sur ]−∞,0]]-\infty,0] et sur [1,+∞[[1,+\infty[, négatif sur [0,1][0,1].

Donc f(x)−x≥0f(x)-x\geq0 (soit (C)(\mathcal{C}) au-dessus de (D)(D)) sur ]−∞,0]]-\infty,0] et [1,+∞[[1,+\infty[, et f(x)−x≤0f(x)-x\leq0 (en dessous) sur [0,1][0,1].

3) a) (0.75 pt) Montrer que f′(x)=g(x)e−xf'(x)=g(x)e^{-x} pour tout xx de R\mathbb{R}.

Voir la solution

f′(x)=(2x−1)e−x+(x2−x)(−e−x)+1=(2x−1−x2+x)e−x+1=(−x2+3x−1)e−x+1f'(x)=(2x-1)e^{-x}+(x^2-x)(-e^{-x})+1=\bigl(2x-1-x^2+x\bigr)e^{-x}+1=(-x^2+3x-1)e^{-x}+1 =(−x2+3x−1+ex)e−x=g(x)e−x.=\bigl(-x^2+3x-1+e^x\bigr)e^{-x}=g(x)e^{-x}.

b) (0.5 pt) En déduire que la fonction ff est décroissante sur ]−∞,0]]-\infty,0] et croissante sur [0,+∞[[0,+\infty[.

Voir la solution

e−x>0e^{-x}>0, donc f′f' a le signe de gg. D’après I-2) : f′≤0f'\leq0 sur ]−∞,0]]-\infty,0] et f′≥0f'\geq0 sur [0,+∞[[0,+\infty[.

c) (0.25 pt) Dresser le tableau de variations de la fonction ff.

Voir la solution

f(0)=0f(0)=0.

x−∞0+∞f′(x)−0+f(x)+∞↘0↗+∞\begin{array}{|c|ccccc|}\hline x & -\infty & & 0 & & +\infty\\\hline f'(x) & & - & 0 & + & \\\hline f(x) & +\infty & \searrow & 0 & \nearrow & +\infty\\\hline\end{array}

4) a) (0.25 pt) Vérifier que f′′(x)=(x2−5x+4)e−xf''(x)=(x^2-5x+4)e^{-x} pour tout xx de R\mathbb{R}.

Voir la solution

f′′(x)=g′(x)e−x+g(x)(−e−x)=(g′(x)−g(x))e−x.f''(x)=g'(x)e^{-x}+g(x)(-e^{-x})=\bigl(g'(x)-g(x)\bigr)e^{-x}.

g′(x)=ex−2x+3g'(x)=e^x-2x+3, donc g′−g=ex−2x+3−ex+x2−3x+1=x2−5x+4g'-g=e^x-2x+3-e^x+x^2-3x+1=x^2-5x+4.

Ainsi f′′(x)=(x2−5x+4)e−xf''(x)=(x^2-5x+4)e^{-x}.

b) (0.5 pt) En déduire que la courbe (C)(\mathcal{C}) admet deux points d’inflexion d’abscisses respectives 11 et 44.

Voir la solution

f′′(x)=0  ⟺  x2−5x+4=0  ⟺  (x−1)(x−4)=0f''(x)=0\iff x^2-5x+4=0\iff(x-1)(x-4)=0, soit x=1x=1 ou x=4x=4.

f′′f'' change de signe en ces valeurs (racines simples), donc points d’inflexion d’abscisses 11 et 44.

5) (1 pt) Construire (D)(D) et (C)(\mathcal{C}) dans le même repère (O;i⃗,j⃗)(O;\vec{i},\vec{j}) (on prend : f(4)≈4,2f(4)\approx4{,}2).

Voir la solution
Courbes $(\mathcal{C})$ et $(D)$

6) a) (0.5 pt) Montrer que la fonction H:x↦(x2+2x+2)e−xH:x\mapsto(x^2+2x+2)e^{-x} est une primitive de la fonction h:x↦−x2e−xh:x\mapsto -x^2 e^{-x} sur R\mathbb{R} puis en déduire que ∫01x2e−x dx=2e−5e\displaystyle\int_0^1 x^2 e^{-x}\,\mathrm{d}x=\dfrac{2e-5}{e}.

Voir la solution

H′(x)=(2x+2)e−x+(x2+2x+2)(−e−x)=(2x+2−x2−2x−2)e−x=−x2e−x=h(x).H'(x)=(2x+2)e^{-x}+(x^2+2x+2)(-e^{-x})=\bigl(2x+2-x^2-2x-2\bigr)e^{-x}=-x^2 e^{-x}=h(x).

Donc ∫01x2e−x dx=[−H(x)]01=−H(1)+H(0)=−(1+2+2)e−1+2=−5e+2=2e−5e\displaystyle\int_0^1 x^2 e^{-x}\,\mathrm{d}x=\bigl[-H(x)\bigr]_0^1=-H(1)+H(0)=-(1+2+2)e^{-1}+2=\dfrac{-5}{e}+2=\dfrac{2e-5}{e}.

b) (0.75 pt) À l’aide d’une intégration par parties, montrer que ∫01xe−x dx=e−2e\displaystyle\int_0^1 x e^{-x}\,\mathrm{d}x=\dfrac{e-2}{e}.

Voir la solution

On pose u=xu=x, dv=e−xdxdv=e^{-x}\mathrm{d}x, donc du=dxdu=\mathrm{d}x, v=−e−xv=-e^{-x}.

∫01xe−x dx=[−xe−x]01+∫01e−x dx=−e−1+[−e−x]01=−e−1−e−1+1=1−2e=e−2e.\int_0^1 xe^{-x}\,\mathrm{d}x=\bigl[-xe^{-x}\bigr]_0^1+\int_0^1 e^{-x}\,\mathrm{d}x=-e^{-1}+\bigl[-e^{-x}\bigr]_0^1=-e^{-1}-e^{-1}+1=1-\dfrac{2}{e}=\dfrac{e-2}{e}.

c) (0.75 pt) Calculer en cm2\mathrm{cm}^2 l’aire du domaine plan limité par (C)(\mathcal{C}), (D)(D) et les droites d’équations x=0x=0 et x=1x=1.

Voir la solution

Sur [0,1][0,1], (C)(\mathcal{C}) est en dessous de (D)(D), donc A=∫01(x−f(x)) dx=∫01(x−x2)e−x dx=∫01xe−x dx−∫01x2e−x dx\mathcal{A}=\int_0^1\bigl(x-f(x)\bigr)\,\mathrm{d}x=\int_0^1(x-x^2)e^{-x}\,\mathrm{d}x=\int_0^1 xe^{-x}\,\mathrm{d}x-\int_0^1 x^2 e^{-x}\,\mathrm{d}x =e−2e−2e−5e=e−2−2e+5e=3−ee.=\dfrac{e-2}{e}-\dfrac{2e-5}{e}=\dfrac{e-2-2e+5}{e}=\dfrac{3-e}{e}.

Donc A=3−ee cm2\mathcal{A}=\dfrac{3-e}{e}\,\mathrm{cm}^2.

III — Soit (un)(u_n) la suite numérique définie par : u0=12u_0=\dfrac{1}{2} et un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n) pour tout n∈Nn\in\mathbb{N}.

1) (0.75 pt) Montrer que 0≤un≤10\leq u_n\leq1 pour tout n∈Nn\in\mathbb{N} (on pourra utiliser la question II-3)b)).

Voir la solution

Initialisation. u0=12u_0=\dfrac{1}{2} et 0≤12≤10\leq\dfrac{1}{2}\leq1.

Hérédité. Soit n∈Nn\in\mathbb{N}. Supposons 0≤un≤10\leq u_n\leq1. Sur [0,1][0,1], ff est croissante (II-3.b) et f(0)=0f(0)=0, f(1)=1f(1)=1. Donc 0=f(0)≤f(un)≤f(1)=10=f(0)\leq f(u_n)\leq f(1)=1, soit 0≤un+1≤10\leq u_{n+1}\leq1.

Conclusion. D’après le principe du raisonnement par récurrence, pour tout n∈Nn\in\mathbb{N} : 0≤un≤10\leq u_n\leq1.

2) (0.5 pt) Montrer que la suite (un)(u_n) est décroissante.

Voir la solution

Pour n∈Nn\in\mathbb{N} : un∈[0,1]u_n\in[0,1], donc d’après II-2.b) : f(un)≤unf(u_n)\leq u_n, soit un+1≤unu_{n+1}\leq u_n.

3) (0.75 pt) En déduire que (un)(u_n) est convergente et déterminer sa limite.

Voir la solution

(un)(u_n) est décroissante et minorée par 00, donc convergente. Soit ℓ=lim⁡un∈[0,12]\ell=\lim u_n\in[0,\tfrac{1}{2}].

Par continuité : ℓ=f(ℓ)\ell=f(\ell), soit (ℓ2−ℓ)e−ℓ=0(\ell^2-\ell)e^{-\ell}=0, donc ℓ=0\ell=0 ou ℓ=1\ell=1. Comme ℓ≤12<1\ell\leq\dfrac{1}{2}<1, on a ℓ=0\ell=0.

Ainsi lim⁡n→+∞un=0\displaystyle\lim_{n\to+\infty}u_n=0.

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