Fiche de mathématiques
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Bac Niger 2023

Mathématiques série D

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Durée : 4 heures
Coefficient : 5


exercice 1


1) Résoudre l'inéquation (I)\text{ : }1-2\sqrt{x+1}>0.

2) Soit f la fonction définie par: f(x)=\sqrt{x+1}-x .

a) Utiliser la question 1) . Pour étudier les variations de f.

b) Justifier que f réalise une bijection de \left[-\dfrac{3}{4};+\infty\right[ vers un intervalle J à déterminer.

c) Étudier la dérivabilité de f^{-1} et calculer (f^{-1})'(1) .

d) Calculer (f^{-1})'(x) et justifier que, pour tout x de J\text{ , }f^{-1}(x)=\dfrac{1-2x+\sqrt{5-4x}}{2}


exercice 2


Le tableau ci-dessous donne la distance de freinage sur une route sèche en fonction de la vitesse du véhicule. La série statistique étudiée comporte deux variables X : la vitesse en \text{ km/h } et Y : la distance de freinage en \text{ m }.

\begin{array}{|c|l|l|l|l|l|}\hline \text{ Vitesse en km/h}&40&50&60&70&80\\  \hline \text{ Distance de freinage en m} &20,29&20,42&37,57&45,75&58,94\\ \hline   \end{array}


1-a) Pour tout i\in\lbrace1;2;3;4;5;6;7;8;9\rbrace\text{ , on pose }z_i=\sqrt{y_i} et on appelle Z la variable dont les modalités sont: z_1;z_2;\cdots;z_9.

Calculer les différentes modalités de Z.

b) Construire le nuage des points à la série double de variables X\text{ et }Z .

c) Déterminer le coefficient de corrélation entre X\text{ et }Z puis interpréter le.

d) Déterminer une équation de la droite de régression de z en x.

2-a) Déterminer une relation fonctionnelle unissant x\text{ et }y.

b) Déterminer une estimation de la distance de freinage nécessaire à un véhicule circulant à 120\text{ km/h}.


probleme


Partie A
On considère les fonctions u\text{ et }v définies par u(x)=x-\ln(1+x)\text{ et }v(x)=x-\dfrac{x^2}{2}-\ln(1+x).

1-a) Étudier les variations des fonctions u \text{ et }v et donner leurs signes.

b) En déduire que, pour tout nombre réel x\text{ , }x\geq 0 \text{ , }

x-\dfrac{x^2}{2}\leq \ln(1+x)\leq x \enskip\enskip(1)


2) Soit g la fonction définie sur [0;+\infty[ par: g(x)=\ln(1+x)-\dfrac{2x}{2+x}

a) Démontrer que g est dérivable sur son ensemble de définition et calculer g'(x).

b) Pour tout nombre réel x\text{ , }x\geq 0 , minorer (1+x)(2+x)^2 , puis en déduire que 0\leq g'(x)\leq \dfrac{x^2}{4} .

c) En déduire que, pour tout nombre réel x\text{, }x\geq 0 \text{ , }0\leq g(x)\leq \dfrac{x^3}{12}\enskip\enskip (2)

3) On considère la fonction f définie sur [0;+\infty[ \text{ par: }\begin{cases} f(0)=1\\ f(x)=\dfrac{\ln (x+1)}{x}&\text{ si }x\neq 0 \end{cases}

a) Étudier la continuité en 0 .

b) Calculer f'(x), puis établir que, pour tout nombre réel x\text{ , }x\geq 0\text{ , }

g(x)\leq \ln(x+1)-\dfrac{x}{x+1}


4-a) Déterminer la limite de f(x) en +\infty.

b) En utilisant 2-b) , justifier que \displaystyle\lim_{x\to 0}\dfrac{x-\ln(x+1)}{x^2}=\dfrac{1}{2}\enskip\enskip(3)

c) En déduire que f est dérivable en 0 et calculer f'(0) .

d) Donner une équation de la tangente T à C_f en 0 et préciser leur position .

5-a) En utilisant la question 3-b) , montrer que x^2 f'(x)+g(x)\leq 0 \text{ , pour tout }x\geq 0 .

b) En déduire le signe de f'(x).

c) Dresser le tableau de variation de f , puis tracer la courbe de f.


Partie B


On considère la suite (u_n) définie par u_0=a\text{ et }u_ {n+1}=\ln(1+u_n)\text{ où }a est un réel donné strictement positif.

1-a) Justifier, que pour tout n entier naturel, u_n>0 et que la suite (u_n) est décroissante.

b) En déduire que la suite (u_n) est convergente et montrer que sa limite est nulle.

Encadrement de u_n

On prend a=1 et on pose pour tout entier naturel n\text{ , }v_n=\dfrac{1}{u_n}.

2-a) Exprimer v_{n+1}-v_n en fonction de u_n et en déduire à l'aide de (3) la limite de v_{n+1}-v_n .

b-(i) Montrer à l'aide de l'égalité (2) , que pour tout entier n\text{ , }\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{\ln(x+1)}=\dfrac{(2-x)g(x)}{2x\ln (x+1)} , et que:

\dfrac{(2-x)g(x)}{2x\ln(x+1)}\leq \dfrac{(2+x)^2}{4x^2} g(x)


(ii) Montrer que, pour tout réel x\text{ de }]0;1]\text{ , }\dfrac{1}{2}-\dfrac{3}{16}x\leq \dfrac{1}{\ln(x+1)}-\dfrac{1}{x}\leq \dfrac{1}{2} .

(iii) Prouver que, pour tout réel x\text{ , }\dfrac{1}{2}-\dfrac{3}{16}u_n\leq v_{n+1}-v_n\leq \dfrac{1}{2} \enskip\enskip(4) . Puis que \dfrac{1}{4}\leq v_{n+1}-v_n\leq \dfrac{1}{2}\enskip\enskip (5)

3-a) En effectuant la somme des inégalités (5) , encader v_n-v_1 .

b) En déduire que, pour tout entier naturel n\text{ , }\dfrac{2}{n+2}\leq u_n\leq\dfrac{4}{n+4} .

c) Retrouver la limite de la suite (u_n) .
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