Lycée Municipal d Adultes de la ville de Paris Mardi 25 février 2014 BACCALAURÉAT BLANC DE MATHÉMATIQUES. correction SÉRIE S

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Gilles Larose
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1 Lycée Municipal d Adultes de la ville de Paris Mardi 5 février 01 BACCALAURÉAT BLANC DE MATHÉMATIQUES SÉRIE S Durée de l épreuve : HEURES Les calculatrices sont AUTORISÉES correction obligatoire et spé Le candidat doit traiter trois exercices plus un exercice suivant sa spécialité. La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront pour une part importante dans l appréciation des copies. Sur l en-tête de votre copie, précisez clairement et distinctement : le nom de l épreuve : épreuve de mathématiques. votre spécialité : mathématique, physique ou SVT. tournez la page s.v.p.

2 bac blanc de mathématiques Exercice 1 Partie A 1) a) Voir figure ci-dessous b) b a = i 1+i = i i 1+i = i( 1+i) = i 1+i c) b b a = i a = 1 OB OA = 1 OB=OA ( ) b arg = arg(i) ( π OA ; OB )= a Le triangle OAB est donc isocèle rectangle en O. ) a) c = c+1 i = 3+i+1 i c++i 3+i++i b) z =1 z+1 i z++i = 1 = i = i (voir quastion 1b.) 1+i z ( 1+i) z ( i) E est donc la médiatrice du segment [AB]. = 1 z a = z b AM=BM c) Le triangle OAB est isocèle en O, donc O est sur la médiatrice de [AB] : O E On sait que c = i donc c =1 donc C E 3 A C C 1 v 3 1 O u 1 3 B 1 E 3 Paul Milan tournez la page s.v.p.

3 Partie B 1) z = (1+i)z 1 = (1+i)( 3 i)= 3 i+i 3+1= 3+1+i( 3 1) 3 ) z 1 = cosθ 1 = 3+1= et sinθ 1 = 1 θ 1 = π 6 [π] donc z 1= e iπ 6 1+i = 1+1= cosθ= 1 = et sinθ= 1 θ= π [π] donc 1+i= e iπ = On a donc z = (1+i)z 1 = e iπ e iπ 6= e i(π π 6) = e i 1 π 3) z = e i 1= π ( ( π ( π cos + i sin et z = 1) 1)) 3+1+i( 3 1) Par identification des parties imaginaires des formes algébrique et trigonométrique, on a : ( π sin = 1) ( π sin = 1) = Exercice 1) Limite en 0 : lim x 3= 3 x 0 Par somme lim ln x= lim x 0 + x 0 + ln x=+ lim f (x)=+ x 0 + ( Limite en+ : forme indéterminée, on change la forme f (x)= x 3 ) ln x x x lim 3 x + x = Par somme ln x lim x + x = 0 lim ln x x + x = 0 lim 3 ln x x + x x = Comme lim x=+ par produit lim x + f (x)=+ x + ) f est dérivable sur ]0 ;+ [ car somme et produit de fonctions dérivables sur ]0 ;+ [ f (x)= x = x = (x ) x x 3) f (x)=0 x= Comme x>0, f est du signe de (x ) On obtient le tableau de variation suivant : f () = 1 ln 1, 77 x 0 β α + f (x) f (x) ln 0 + ) (T) : y= f (1)(x 1)+ f (1) y= (x 1) 1 y= x+1 Paul Milan 3 tournez la page s.v.p.

4 5) a) Sur ]0 ; ], la fonction f est continue (car dérivable), monotone (décroissante) et la fonction f change de signe, donc d après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe un unique réelβ ]0 ; ] tel que f (β)=0 Sur [ ;+ [, la fonction f est continue (car dérivable), monotone (croissante) et la fonction f change de signe, donc d après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe un unique réelα [ ;+ [ tel que f (α)=0 L équation f (x)=0admet donc deux solutions sur ]0 ;+ [ :αetβ. b) On a : f ()=1 ln 1, 77 et f (6)=9 ln 6 +1, 83 donc la fonction f change de signe sur [ ; 6] donc α [ ; 6] De l algorithme par dichotomie, on trouve :, 51<α<, 515 avec 1 itérations Exercice 3 Partie A : modélisation de la partie supérieure du portail 1) a) f est dérivable sur [0 ; ], car produit, somme et composition dérivable sur [0 ; ] ( f (x)=e x x+ 1 ) e x = (1 x 1) e x = xe x b) x ]0 ; ], x<0 et e x > 0, donc f (x)<0 La fonction f est donc décroissante sur [0 ; ] ) Comme la fonction f est décroissante sur [0 ; ], son maximum est donné par f (0) f (0)=1, b= 3 b= 3 1 = 5 Partie B : détermination d une aire 1) F (x)= 1 ( e x x 1 8 ) e x + 5 = e x ( 1 + x+ 1 Comme F = f, la fonction F est une primitive de f )+ 5 ( = x+ 1 ) e x + 5 = f (x) ) Pour calculer l aire A du ventail, il ne faut pas oublier d enlever le rectangle inférieur de hauteur 0,05 m et de longueur m, car le portail ne va pas jusqu au sol. A = = 0 f (x) dx 0, 05 =F() F(0) 0, 1 [( 1 1 ) e ] ( 1 ) 0, 1= e , 1 = 5 8 e , 1, 5 m Partie C : utilisation d un algorithme 1) L écart horizontal entre deux planches est de : 0, 1+0, 05=0, 17 m Comme on numérote les planches à partir de 0, la planche k se trouve à l abscisse : 0, 17 k Ne pas oublier de soustraire le rectangle inférieur de hauteur 0,05 m et de longueur 0,1 m L aire A k de la planche k vaut donc : A k = 0, 1 [ f (0, 17k) 0, 05 ] ) On doit sommer l aire de toutes les planches. La dernière planche se situe juste avant l abscisse, d où la condition X+ 0, 1< soit X+ 0, 17<, 05. On rentre auparavant la fonction f dans la calculatrice. Paul Milan tournez la page s.v.p.

5 On trouve alors S 1, 83 Variables : Les nombres X et S sont des nombres réels Entrées et initialisation On affecte à S la valeur 0 On affecte à X la valeur 0 Traitement tant que X+ 0, 17<, 05 faire S prend la valeur S+ 0, 1 [ f (X) 0, 05 ] X prend la valeur X+ 0, 17 fin Sorties : On affiche S Exercice Pour les candidats n ayant pas suivi l enseignement de spécialité Partie A : ROC On sait que pour tout réel a>0, et pour tout naturel n : (1+a) n 1+na. On pose alors q=1+a comme a>0 alors q>1 lim 1+na=+ donc par comparaison lim u n = u 0 q n, comme u 0 > 0, par produit Donc (u n ) diverge vers+ Partie B 1) f (x)= qn =+ lim u n=+ (x+) donc x [0 ;+ [, f (x)>0 La fonction f est donc croissante sur [0 ;+ [ ) Pour x, on a les équivalences suivantes : f (x)= x 5 x+ = x 5(x+) = x(x+) 5x+10 = x + x x 3x 6=0 =9+=33 donc la racine positive est α= 3+ 33, 37 3) a) On pose : (P n ) : n N, 0 u n u n+1 α Initialisation : On a u 0 = 1 et u 1 = f (1)=5 3 = , 67 On a donc 0 u 0 u 1 α. La propriété est initialisée. Hérédité : On suppose que 0 u n u n+1 α, montrons que 0 u n+1 u n+ α Comme la fonction f est croissante surr + et f (α)=α, on a les équivalences suivantes : 0 u n u n+1 α f (0) f (u n ) f (u n+1 ) f (α) La proposition est donc héréditaire. Par initialisation et hérédité, n N, 0 u n u n+1 α 0 3 u n+1 u n+ α b) La suite est croissante car u n u n+1 et majorée parα, d après le théorème des suites monotones, la suite (u n ) est donc convergente versl α De plus, comme la fonction f est continue surr + et f (α)=α, d après le théorème du point fixe l=α Paul Milan 5 tournez la page s.v.p.

6 ) a) On calcule u = f (u 1 )= = = = 73. On a alors : 17 S 0 = u 0 = 1, S 1 = u 0 + u 1 = = 1 3 S = u 0 + u 1 + u = = 57 8, 96 51, 67, b) On sait que la suite (u n ) est croissante, donc n N, u n u 0 = 1, donc comme S n possède (n+1) termes : S n = u 0 + u 1 + +u n n+1, lim n+1=+ par comparaison lim S n=+. Exercice Pour les candidats ayant suivi l enseignement de spécialité Partie A 1) Comme un nombre premier est supérieur ou égal à, donc E> Pour tout i {1,,...,n}, il existe deux relatifs u= 1 et v= p 1 p p n que : E=p 1 p p n + 1 p 1 p p n E= 1 u E+ v p i = 1 D après le théorème de Bézout, E est premier avec p i, i {1,,...,n} ) D après le critère d arrêt, E admet un diviseur premier, comme cela ne peut être p 1, p,..., p n, E est donc divisible par un nombre premier autre que p 1, p,..., p n ce qui est contradictoire avec la proposition de départ. Il existe donc une infinité de nombres premiers. Partie B 1) a) On a le tableau suivant : k M k b) D après le tableau suivant, pour k=, 3, 5, 7, on trouve respectivement M k = 3, 7 31, 17 qui sont premier. On peut donc conjecturer que si k est premier alors M k est premier. ) a) S= 1+ p +( p ) + +( p ) q 1 est la somme des q premiers termes d une suite géométrique de raison q= p et de 1 er terme 1. On a donc : S= 1 1 (p ) q 1 p = (p ) q 1 p 1 b) On a donc ( p ) q 1=( p 1) S donc pq 1 est divisible par p 1. c) Si k n est pas premier, il admet un diviseur premier p tel que k = pq avec q>1. Le nombre M k est alors divisible par p 1 M k. M k n est donc pas premier. 3) a) M 11 = 11 1= 07=3 89, donc M 11 n est pas premier. b) La conjecture émise à la question 1b) est fausse, car il existe un nombre premier 11 pour lequel M 11 n est pas premier. Partie C 1) Pour n=5, on a M 5 = 31 et u n = u 3 Il faut donc calculer u 3 : u 1 = u 0 = =1, u = u 1 =1 =19, u 3 = u =19 =37 63 or u 3 = 37 63= on a donc u 3 0 [M 5 ] p i tels Paul Milan 6 tournez la page s.v.p.

7 ) Soit n un entier naturel supérieur ou égal à 3. L algorithme suivant, qui est incomplet, doit permettre de vérifier si le nombre de Mersenne M n est premier, en utilisant le test de Lucas-Lehmer. Variables : u, M, n et i entiers naturels Entrées et initialisation u prend la valeur Traitement M prend la valeur n 1 pour i allant de 1 à n faire u prend la valeur u fin Sorties : si M divise u alors afficher «M est premier» sinon afficher «M n est pas premier» fin Paul Milan 7 fin

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