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 2019
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 DUJET
L’épreuve est composée de trois exercices et un problème indépendants entre eux et répartis suivants les domaines comme suit :
Domaine
Barème
Exercice 1
Géométrie dans l’espace
3 points
Exercice 2
Nombres complexes
3 points
Exercice 3
Calcul des probabilités
3 points
Problème
Etude d’une fonction numérique — Calcul intégral et suites numériques
11 points
Exercice 1 — Géométrie dans l’espace (3 points)
Dans l’espace rapporté à un repère orthonormé direct (O;i,j,k), on considère les points : A(1,2,2), B(3,−1,6) et C(1,1,3).
Remarque : coquille de l’énoncé officiel, le point B y est donné par (2,−1,6) ; il faut lire B(3,−1,6).
1) a)(0.75 pt) Montrer que AB∧AC=i−2j−2k
Voir la solution
AB=(3−1,−1−2,6−2)=(2,−3,4) et AC=(1−1,1−2,3−2)=(0,−1,1).
b)(0.5 pt) En déduire que x−2y−2z+7=0 est une équation cartésienne du plan (ABC).
Voir la solution
Un vecteur normal au plan (ABC) est n=AB∧AC=(1,−2,−2).
Une équation du plan est 1(x−1)−2(y−2)−2(z−2)=0, soit x−1−2y+4−2z+4=0, donc x−2y−2z+7=0.
Le point A vérifie cette équation, et n⊥AB, n⊥AC : c’est bien une équation cartésienne de (ABC).
2)(0.75 pt) Soient les points E(5,1,4) et F(−1,1,12) et soit (S) l’ensemble des points M vérifiant ME⋅MF=0. Montrer que (S) est la sphère de centre Ω(2,1,8) et de rayon R=5.
Voir la solution
Soit M(x,y,z). Alors ME=(5−x,1−y,4−z) et MF=(−1−x,1−y,12−z).
b)(0.5 pt) En déduire que le plan (ABC) coupe la sphère (S) selon un cercle (Γ) de rayon r=4.
Voir la solution
On a d(Ω,(ABC))=3<R=5, donc le plan coupe la sphère selon un cercle de rayon
r=R2−d2=25−9=16=4.
Exercice 2 — Nombres complexes (3 points)
1) a)(0.75 pt) Résoudre dans l’ensemble C des nombres complexes, l’équation z2−3z+3=0.
Voir la solution
Discriminant : Δ=9−12=−3=3i2.
Les solutions sont z=23±3i, soit z1=23+23i et z2=23−23i.
b)(0.5 pt) On pose a=23+23i, écrire a sous forme trigonométrique.
Voir la solution
∣a∣=(23)2+(23)2=49+43=3.
arg(a)=arctan(3/23/2)=arctan(31)=6π (car a est dans le premier quadrant).
Donc a=3(cos6π+isin6π).
2)(0.5 pt) On considère le nombre complexe b=22(1+i), vérifier b2=i.
Voir la solution
b2=(22)2(1+i)2=42(1+2i+i2)=21(1+2i−1)=i.
3)(0.5 pt) On pose h=cos12π+isin12π, montrer que h4+1=a.
Voir la solution
D’après la formule de Moivre : h4=cos3π+isin3π=21+i23.
Donc h4+1=23+23i=a.
4) Dans le plan complexe rapporté à un repère orthonormé direct (O;u,v), on considère le point B d’affixe b et R la rotation de centre O et d’angle 2π.
a)(0.5 pt) Soit c l’affixe du point C image du point B par la rotation R. Montrer que c=ib.
Voir la solution
L’écriture complexe de la rotation R de centre O et d’angle 2π est z′=eiπ/2z=iz.
Donc c=ib.
b)(0.25 pt) En déduire la nature du triangle OBC.
Voir la solution
∣c∣=∣ib∣=∣b∣, donc OB=OC.
De plus, arg(bc)=arg(i)=2π, donc BOC=2π.
Ainsi OBC est un triangle rectangle isocèle en O.
Exercice 3 — Calcul des probabilités (3 points)
Une urne contient une boule rouge, deux boules blanches et trois boules noires indiscernables au toucher. On tire au hasard successivement et avec remise trois boules de l’urne.
Soient les événements suivants :
A : « les trois boules tirées sont de même couleur »
B : « il n’y aucune boule blanche parmi les boules tirées »
C : « il y a exactement deux boules blanches parmi les boules tirées »
1)(2 pt) Montrer que p(A)=61 et p(B)=278.
Voir la solution
L’urne contient 6 boules. Les tirages sont avec remise, donc indépendants ; chaque tirage a 6 issues équiprobables.
A : les trois boules sont de même couleur, soit RRR, BBB ou NNN.
p(A)=(61)3+(62)3+(63)3=2161+2168+21627=21636=61.
B : aucune boule blanche, soit uniquement rouge ou noire (4 boules sur 6).
p(B)=(64)3=(32)3=278.
2)(1 pt) Calculer p(C).
Voir la solution
C : exactement deux boules blanches (et donc une non-blanche).
p(C)=(23)(62)2(64)=3⋅364⋅64=21648=92.
Exercice 4 — Problème (11 points)
Première partie :
Soit f la fonction numérique définie sur R∗ par : f(x)=2+8(xx−2)2ex−4
et (C) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O;i,j) (unité : 1cm).
1) a)(0.5 pt) Vérifier que x→−∞limf(x)=2 et interpréter le résultat géométriquement.
Voir la solution
limx→−∞f(x)=2+8limx→−∞(1−x2)2ex−4=2+8⋅1⋅0=2,
car limx→−∞ex−4=0.
Géométriquement : la droite y=2 est asymptote horizontale à (C) au voisinage de −∞.
b)(0.5 pt) Vérifier que x→0limf(x)=+∞ et interpréter le résultat géométriquement.
Voir la solution
Quand x→0, (xx−2)2=(1−x2)2→+∞ et ex−4→e−4>0.
Donc x→0limf(x)=+∞.
Géométriquement : la droite x=0 (axe des ordonnées) est asymptote verticale à (C).
2) a)(0.5 pt) Calculer x→+∞limf(x).
Voir la solution
limx→+∞f(x)=2+8limx→+∞(1−x2)2ex−4=+∞,
car limx→+∞ex−4=+∞.
b)(0.5 pt) Montrer que la courbe (C) admet une branche parabolique de direction l’axe des ordonnées au voisinage de +∞.
b)(0.25 pt) Vérifier que pour tout réel x, x2−2x+4>0.
Voir la solution
Le discriminant de x2−2x+4 est Δ=4−16=−12<0, et le coefficient dominant est positif, donc x2−2x+4>0 pour tout réel x.
c)(0.75 pt) Montrer que la fonction f est strictement décroissante sur ]0,2] et est strictement croissante sur chacun des intervalles ]−∞,0[ et [2,+∞[.
Voir la solution
Pour tout x∈R∗ : ex−4>0 et x2−2x+4>0, donc le signe de f′(x) est celui de x3x−2, soit celui de (x−2)x (car x2>0), ou encore :
sur ]−∞,0[ : x−2<0 et x3<0, donc x3x−2>0, d’où f′>0 : f strictement croissante ;
sur ]0,2] : x−2≤0 et x3>0, donc f′≤0 (et f′<0 sur ]0,2[) : f strictement décroissante ;
sur [2,+∞[ : x−2≥0 et x3>0, donc f′≥0 : f strictement croissante.
d)(0.5 pt) Dresser le tableau de variations de la fonction f sur R∗.
Voir la solution
f(2)=2+8⋅0⋅e−2=2.
xf′(x)f(x)−∞2+↗0∣∣+∞−∣∣20+∞+↘+∞2↗+∞
(avec asymptote verticale en x=0).
4)(1 pt) Construire la courbe (C) dans le repère (O;i,j).
Voir la solution
5) a)(0.5 pt) Vérifier que la fonction H:x↦x1ex−4 est une fonction primitive de la fonction h:x↦x2x−1ex−4 sur [2,4].
Voir la solution
H′(x)=x2x⋅ex−4−ex−4=x2(x−1)ex−4=h(x).
Donc H est une primitive de h sur [2,4].
b)(0.25 pt) Vérifier que f(x)=2+8ex−4−32x2(x−1)ex−4 pour tout x∈R∗.
b)(0.25 pt) En déduire que pour tout x∈[2,4], f(x)≤x.
Voir la solution
Pour x∈[2,4] : x2x−2≥0 et g(x)≤0, donc f(x)−x=x2x−2g(x)≤0, soit f(x)≤x.
3) Soit (un) la suite numérique définie par : u0=3 et un+1=f(un) pour tout n∈N.
a)(0.5 pt) Montrer par récurrence que 2≤un≤4 pour tout n∈N.
Voir la solution
Initialisation.u0=3 et 2≤3≤4 : vrai au rang 0.
Hérédité. Soit n∈N. Supposons 2≤un≤4. Sur [2,4], f est croissante (3.c) et f(2)=2, f(4)=4. Donc
2=f(2)≤f(un)≤f(4)=4,
soit 2≤un+1≤4.
Conclusion. D’après le principe du raisonnement par récurrence, pour tout n∈N : 2≤un≤4.
b)(0.5 pt) Déterminer la monotonie de la suite (un) et en déduire qu’elle est convergente.
Voir la solution
Pour tout n∈N : un∈[2,4], donc d’après 2.b) : un+1=f(un)≤un.
Ainsi (un) est décroissante. Elle est aussi minorée par 2, donc convergente.
c)(0.75 pt) Calculer la limite de la suite (un).
Voir la solution
Soit ℓ=limun. La suite est décroissante et minorée par 2, donc ℓ∈[2,3]. Par continuité de f : ℓ=f(ℓ).
D’après 2.a) et 1.b) : pour x∈[2,4[, g(x)=−(x−4)2ex−4+x2(ex−4−1)<0 (somme de deux termes strictement négatifs), donc f(x)−x=x2x−2g(x)<0 sur ]2,4[, et f(2)=2, f(4)=4.
Les seuls points fixes de f sur [2,4] sont donc 2 et 4. Comme ℓ≤3<4, on a ℓ=2.