Fiche de mathématiques
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Bac Mathématiques

Union des Comores 2023

Série C

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Durée : 4h
Coefficient: 5


3 points

exercice 1


On donne dans l'espace muni d'un repère orthonormé (O;\vec{i};\vec{j};\vec{k}) \text{ les points } A(1;1;1)\text{ ; }B(-1;2;0)\text{ et }C(3;0;1) .

1-a) Calculer le produit vectoriel \overrightarrow{AB}\wedge \overrightarrow{AC} .

b) En déduire qu'une équation du plan (IP) passant par les points A\text{ ; }B\text{ et }C \text{ est: }x+2y-3=0

2) Soit (S) l'ensemble des points M(x;y;z) de l'espace tel que: x^2+y^2+z^2-4x-6y+2z+5=0.

Montrer que (S) est une sphère de centre \Omega(2;3;-1) et de rayon R=3.

3-a) Déterminer une représentation paramétrique de la droite (\Delta) passant par \Omega et orthogonale au plan (IP) .

b) Déterminer les coordonnées du point H intersection de la droite (\Delta) et du plan (IP) .

4) montrer que la sphère (S) et le plan (IP) se coupent suivant un cercle dont on déterminera le centre et le rayon.

3 points

exercice 2


x et y sont des entiers naturels.


Une urne contient x boules blanches et y boules rouges indiscernables au toucher.

On considère le système (S)\text{ : }\begin{cases} (2x+y)(7x+5y)=765\\ pgcd(x;y)=3\end{cases} .

1-a) Décomposer 85 en produit des facteurs premiers.

b) Déterminer l'ensemble des diviseurs positifs de 85.

c) Résoudre dans \N\times\N le système (S).

2) Dans cette question on suppose que l'urne contient trois boules blanches et six boules rouges.

On tire simultanément et au hasard deux boules de l'urne.

Soit X la variable aléatoire désignant le nombre des boules blanches tirées.

a) Déterminer la loi de probabilité de X .

b) Calculer l'espérance et la variance de X.

6 points

exercice 3


1-a) Résoudre dans \R l'équation différentielle (E)\text{ : }y''+y=0 .

b) Déterminer les solutions f\text{ et }g de l'équation (E) telles que: f(0)=1\text{ et }f\left(\dfrac{\pi}{2}\right)=0\text{ , puis } g(0)=0\text{ et }g\left(\dfrac{\pi}{2}\right)=2

2) Soit (\Gamma) la courbe paramétrée définie par: \begin{cases} x(t)=\cos t \\y(t)=2\in t \end{cases}\text{ , }(t\in\R)

a) Étudier la position des points M(t)\text{ et }M(-t) puis celle des points M(t+2\pi)\text{ et }M(t) .

b) En déduire que l'on peut étudier (\Gamma) sur l'intervalle [0;\pi] .

c) Calculer x'(t)\text{ et }y'(t) dérivées des fonctions x(t)\text{ et }y(t) .

d) Préciser les vecteurs dérivées aux points M_0(t=0)\text{ , }M_1\left(t=\dfrac{\pi}{2}\right)\text{ et }M_2(t=\pi) .

e) Dresser le tableau de variation commun de x\text{ et }y .

f) Construire (\Gamma) dans le repère orthonormé (O;\vec{i};\vec{j}) .

3-a) Montrer qu'une équation réduite de (\Gamma) est: x^2+\dfrac{y^2}{4}=1

b) Déterminer la nature et les éléments caractéristiques de (\Gamma) (centre, foyers, sommets et directrices) .

4) L'aire \mathscr{A} de (\Gamma) en unité d'aire est donnée par: \mathscr{A}=\displaystyle -\int_0^{2\pi} x'(t)\times y(t)\text{ d}t.

a) Montrer que \mathscr{A}=\displaystyle 2\int_{0}^{2\pi} \sin^2(t)\text{ d}t .

b) Déterminer la valeur exacte de \mathscr{A} \text{ . }\left(\text{ On rappelle que : } \sin^2(t)=\dfrac{1-\cos(2t)}{2} \right)

8 points

probleme


Partie A: Étude d'une fonction

On appelle f la fonction définie sur \R par : f(x)=\ln(x^2+x+1) \text{ ; }(C) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O;\vec{i};\vec{j}) .

1) Calculer les limites de f en -\infty\text{ et en }+\infty .

2-a) Vérifier que \dfrac{f(x)}{x}=\dfrac{2\ln x}{x}+\dfrac{1}{x}\times \ln\left(1+\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{x^2}\right) .

b) En déduire \displaystyle\lim_{x\to +\infty} \dfrac{f(x)}{x} . Interpréter graphiquement le résultat.

3-a) Justifier que f est dérivable sur \R puis montrer que \forall x\in\R\text{ : }f'(x)=\dfrac{2x+1}{x^2+x+1} .

b) Dresser le tableau de variation de f.

4) Déterminer une équation de la tangente (T) à la courbe (C) de f en x_0=0 .

5) On considère la fonction g définie sur \R par : g(x)=f(x)-x .

a) Justifier que \displaystyle\lim_{x\to +\infty} g(x)=-\infty\text{ , puis calculer }\lim_{x\to-\infty} g(x) .

b) Calculer g'(x) puis dresser le tableau de variation de  g .

c) Montrer que l'équation g(x)=0 admet sur \R deux solutions : 0 et une autre, notée \alpha\in\left[\dfrac{3}{2};2\right] .

d) En déduire suivant les valeurs de x le signe de g(x) . Préciser la position de la courbe (C) par rapport à (T).

6) On admet qu'en -\infty\text{ ; }(C) admet une branche parabolique de direction l'axe des abscisses ; Construire (T)\text{ et }(C) dans un repère orthonormé (O;\vec{i};\vec{j}) .

Partie B: Étude d'une suite récurrente

On appelle (u_n) la suite définie sur \N par: \begin{cases} u_0=\dfrac{3}{2} \\ u_{n+1}=f(u_n) \end{cases}

1-a) Montrer par récurrence que: \forall n\in\N\text{ : }0\leq u_n\leq u_{n+1}\leq \alpha .

b) En déduire que la suite (u_n) converge.

2) Montrer que \forall x\geq \dfrac{3}{2}\text{ : }|f'(x)|\leq \dfrac{16}{19} . (On pourra étudier le signe de f'(x)-\dfrac{16}{19} )

3-a) Montrer que \forall n\in\N\text{ : }\displaystyle \left|\int_{u_n}^{\alpha} f'(x)\text{ d}x\right|\leq \dfrac{16}{19} |u_n-\alpha| .

b) En déduire que \forall n\in\N\text{ : }|u_{n+1}-\alpha|\leq \dfrac{16}{19} |u_n-\alpha| .

c) En déduire que \forall n\in\N\text{ : }|u_n-\alpha|\leq \left(\dfrac{16}{19}\right)^n .

d) Quelle est la limite de la suite  (u_n) ?

e) Déterminer le plus petit entier naturel n_0 tel que u_{n_0} soit une valeur approchée de \alpha à 10^{-3}\text{ près} .
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