Sélection de sujets de Bac

Transcription

1 EXERCICE (PONDICHÉRY AVRIL 0 Sélection de sujets de Bac points Chaque jeune parent utilise chaque mois une seule marque de petits pots pour bébé Trois marques X, Y et Z se partagent le marché Soit n un entier naturel On note : X n l évènement «la marque X est utilisée le mois n», Y n l évènement «la marque Y est utilisée le mois n», Z n l évènement «la marque Z est utilisée le mois n» Les probabilités des évènements X n,y n, Z n sont notées respectivement x n, y n, z n La campagne publicitaire de chaque marque fait évoluer la répartition Un acheteur de la marque X le mois n, a le mois suivant : 0 % de chance de rester fidèle à cette marque, 0 % de chance d acheter la marque Y, 0 % de chance d acheter Z Un acheteur de la marque Y le mois n, a le mois suivant : 0 % de chance de rester fidèle à cette marque, 0 % de chance d acheter la marque X, 0 % de chance d acheter Z Un acheteur de la marque Z le mois n, a le mois suivant : 70 % de chance de rester fidèle à cette marque, 0 % de chance d acheter la marque X, 0 % de chance d acheter Y a Exprimer x n+ en fonction de x n, y n et z n On admet que : y n+ = 0,x n + 0,y n + 0,z n et que z n+ = 0,x n + 0,y n + 0,7z n b Exprimer z n en fonction de x n et y n En déduire l expression de x n+ et y n+ en fonction de x n et y n ( xn On définit la suite (U n par U n = pour tout entier naturel n y n ( ( 0, 0, 0, On admet que, pour tout entier naturel n, U n+ = A U n + B où A= et B = 0, 0, 0, ( 0, Au début de l étude statistique (mois de janvier 0 : n= 0, on estime que U 0 = 0, On considère l algorithme suivant : Variables Entrée et initialisation Traitement Sortie n et i des entiers naturels A, B et U des matrices Demander la valeur de n i prend la valeur 0 ( 0, 0, A prend la valeur 0, 0, ( 0, B prend la valeur 0, ( 0, U prend la valeur 0, Tant que i < n U prend la valeur A U + B i prend la valeur i + Fin de Tant que Afficher U a Donner les résultats affichés par cet algorithme pour n= puis pour n= b Quelle est la probabilité d utiliser la marque X au mois d avril? Dans la suite de l exercice, on cherche à déterminer une expression de U n en fonction de n ( 0 On note I la matrice et N la matrice I A 0 On désigne par C une matrice colonne à deux lignes a Démontrer que C = A C+ B équivaut à N C = B b On admet que N est une matrice inversible et que N = 0 On note V n la matrice telle que V n = U n C pour tout entier naturel n a Montrer que, pour tout entier naturel n, V n+ = A V n b On admet que U n = A n (U 0 C+C Quelles sont les probabilités d utiliser les marques X, Y et Z au mois de mai? En déduire que C = 7

2 EXERCICE (POLYNÉSIE JUIN 0 points On rappelle la propriété, connue sous le nom de petit théorème de Fermat : Si p est un nombre premier et a est un entier naturel non divisible par p, alors a p (modulop On considère la suite (u n d entiers naturels définie par : u 0 = et, pour tout entier naturel n,u n+ = 0u n + Calculer u, u et u a Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel n, u n = 0 n+ 7 b En déduire, pour tout entier naturel n, l écriture décimale de u n Montrer que u est un nombre premier On se propose maintenant d étudier la divisibilité des termes de la suite (u n par certains nombres premiers Démontrer que, pour tout entier naturel n, u n n est divisible ni par, ni par, ni par a Démontrer que, pour tout entier naturel n, u n ( (modulo b En déduire que, pour tout entier naturel n, u n n est pas divisible par a Démontrer l égalité : 0 (modulo7 b En déduire que, pour tout entier naturel k, u k+8 est divisible par 7 EXERCICE (ANTILLES-GUYANE JUIN 0 On définit les suites (u n et (v n sur l ensemble N des entiers naturels par : u n+ u 0 = 0 ; v 0 =, et v n+ Le but de cet exercice est d étudier la convergence des suites (u n et (v n = u n+ v n = u n+ v n points Calculer u et v On considère l algorithme suivant : Variables : u, v et w des nombres réels N et k des nombres entiers Initialisation : u prend la valeur 0 v prend la valeur Début de l algorithme Entrer la valeur de N Pour k variant de à N w prend la valeur u u prend la valeur w+ v w+ v v prend la valeur Fin du Pour Afficher u Afficher v Fin de l algorithme a On exécute cet algorithme en saisissant N = Recopier et compléter le tableau donné ci-dessous contenant l état des variables au cours de l exécution de l algorithme k w u v b Pour un nombre N donné, à quoi correspondent les valeurs affichées par l algorithme par rapport à la situation étudiée dans cet exercice?

3 Pour tout entier naturel n on définit le vecteur colonne X n par X n = a Vérifier que, pour tout entier naturel n, X n+ = AX n b Démontrer par récurrence que X n = A n X 0 pour tout entier naturel n ( On définit les matrices P, P ( et B par P =, P = ( 0 et B = 0 a Calculer le produit PP On admet que P BP = A Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel n, A n = P B n P ( 0 b On admet que pour tout entier naturel n, B n = ( 0 En déduire l expression de la matrice A n en fonction de n ( a Montrer que X n = ( n pour tout entier naturel n + ( En déduire les expressions de u n et v n en fonction de n b Déterminer alors les limites des suites (u n et (v n ( un v n ( et la matrice A par A= EXERCICE (EXTRAIT VALENCIA JUIN 0 ET EXTRAIT ANTILLES-GUYANE JUIN 0 point par question Les questions sont indépendantes Pour chaque question une affirmation est proposée Indiquer si elle est vraie ou fausse en justifiant la réponse Une réponse non justifiée ne sera pas prise en compte Toute trace de recherche sera valorisée On considère l équation (E : x y =, où x et y sont des entiers relatifs Affirmation : les solutions de l équation (E sont les couples (9+k ; +k, avec k appartenant à l ensemble Z des entiers relatifs Soit n un entier naturel On considère les deux entiers a et b définis par : a= n+ et b= n+ Affirmation : le PGCD de a et b est égal à 7 si et seulement si n est congru à modulo 7 Soit n un entier naturel On considère les deux entiers a et b définis par : a= n + 7n+ et b= n+ Affirmation : pour tout entier naturel n, le quotient et le reste de la division euclidienne de a par b sont respectivement égaux à n+ et n+ 7 Les questions sont indépendantes (autre sujet a Vérifier que le couple ( ; est une solution de l équation (E x y = b Déterminer tous les couples d entiers relatifs (x; y vérifiant l équation (E a Démontrer que, pour tout entier naturel n, n (mod 7 b Déterminer le reste de la division euclidienne de 0 0 par 7

4 ( A On considère l algorithme suivant où Ent désigne la partie entière de A N N A et N sont des entiers naturels Saisir A N prend la valeur Tant que N A Si A ( A N Ent = 0 alors Afficher N et A N N Fin si N prend la valeur N + Fin Tant que Quels résultats affiche cet algorithme pour A =? Que donne cet algorithme dans le cas général? EXERCICE (MÉTROPOLE SEPTEMBRE 0 points Les parties A et B peuvent être traitées indépendamment l une de l autre Dans un village imaginaire isolé, une nouvelle maladie contagieuse mais non mortelle a fait son apparition Rapidement les scientifiques ont découvert qu un individu pouvait être dans l un des trois états suivants : S : «l individu est sain, c est-à-dire non malade et non infecté», I : «l individu est porteur sain, c est-à-dire non malade mais infecté», M : «l individu est malade et infecté» Partie A Les scientifiques estiment qu un seul individu est à l origine de la maladie sur les 00 personnes que compte la population et que, d une semaine à la suivante, un individu change d état suivant le processus suivant : parmi les individus sains, la proportion de ceux qui deviennent porteurs sains est égale à et la proportion de ceux qui deviennent malades est égale à, parmi les individus porteurs sains, la proportion de ceux qui deviennent malades est égale à La situation peut être représentée par un graphe probabiliste comme ci-dessous S I M On note P n = (s n i n m n la matrice ligne donnant l état probabiliste au bout de n semaines où s n,i n et m n désignent respectivement la probabilité que l individu soit sain, porteur sain ou malade la n-ième semaine On a alors P 0 = (0,99 0 0,0 et pour tout entier naturel n, s n+ = s n i n+ m n+ = s n+ i n = s n+ i n+ m n

5 Écrire la matrice A appelée matrice de transition, telle que pour tout entier naturel n, P n+ = P n A Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel n non nul, P n = P 0 A n Déterminer l état probabiliste P au bout de quatre semaines On pourra arrondir les valeurs à 0 Quelle est la probabilité qu un individu soit sain au bout de quatre semaines? Partie B La maladie n évolue en réalité pas selon le modèle précédent puisqu au bout de semaines de recherche, les scientifiques découvrent un vaccin qui permet d enrayer l endémie et traitent immédiatement l ensemble de la population L évolution hebdomadaire de la maladie après vaccination est donnée par la matrice de transition : B = On note Q n la matrice ligne donnant l état probabiliste au bout de n semaines après la mise en place de ces nouvelles mesures de vaccination Ainsi, Q n = (S n I n M n où S n, I n et M n désignent respectivement la probabilité que l individu soit sain, porteur sain et malade la n-ième semaine après la vaccination Pour tout entier naturel n, on a alors Q n+ = Q n B D après la partie A, Q 0 = P Pour la suite, on prend Q 0 = (0,0 0,0 0,89 où les coefficients ont été arrondis à 0 Exprimer S n+, I n+ et M n+ en fonction de S n, I n et M n Déterminer la constante réelle k telle que B = k J où J est la matrice carrée d ordre dont tous les coefficients sont égaux à On en déduit que pour tout entier n supérieur ou égal à, B n = B ( a Démontrer que pour tout entier n supérieur ou égal à, Q n = b Interpréter ce résultat en terme d évolution de la maladie Peut-on espérer éradiquer la maladie grâce au vaccin? EXERCICE (AMÉRIQUE DU SUD NOVEMBRE 0 POINTS Le gestionnaire d un site web, composé de trois pages web numérotées de à et reliées entre elles par des liens hypertextes, désire prévoir la fréquence de connexion sur chacune de ses pages web Des études statistiques lui ont permis de s apercevoir que : Si un internaute est sur la page n o, alors il ira, soit sur la page n o avec la probabilité, soit sur la page no avec la probabilité Si un internaute est sur la page n o, alors, soit il ira sur la page n o avec la probabilité soit il restera sur la page no avec la probabilité, soit il ira sur la page no avec la probabilité Si un internaute est sur la page n o, alors, soit il ira sur la page n o avec la probabilité, soit il ira sur la page no avec la probabilité,soit il restera sur la page no avec la probabilité Pour tout entier naturel n, on définit les évènements et les probabilités suivants : A n : «Après la n-ième navigation, l internaute est sur la page n o» et on note a n = P (A n B n : «Après la n-ième navigation, l internaute est sur la page n o» et on note b n = P (B n C n : «Après la n-ième navigation, l internaute est sur la page n o» et on note c n = P (C n

6 Montrer que, pour tout entier naturel n, on a a n+ = b n+ c n On admet que, de même, b n+ = a n+ b n+ c n et c n+ = a n+ b n+ c n Ainsi : a n+ = b n+ c n b n+ c n+ = a n+ b n+ c n = a n+ b n+ c n Pour tout entier naturel n, on pose U n = b n c n a 0 a n U 0 = b 0 représente la situation initiale, avec a 0 + b 0 + c 0 = c 0 Montrer que, pour tout entier naturel n, U n+ = MU n où M est une matrice que l on précisera En déduire que, pour tout entier naturel n,u n = M n U 0 x Montrer qu il existe une seule matrice colonne U = y telle que : x+y+ z = et MU = U z Un logiciel de calcul formel a permis d obtenir l expression de M n, n étant un entier naturel non nul : M n = ( + ( ( n + ( + + ( ( + + ( Pour tout entier naturel n non nul, exprimer a n, b n et c n en fonction de n En déduire que les suites (a n, (b n et (c n convergent vers des limites que l on précisera Interpréter les résultats obtenus et donner une estimation des pourcentages de fréquentation du site à long terme