Annales Bac · Spécialité mathématiques › 2023
2023Bac spé maths · Nouvelle-Calédonie · Jour 2
Épreuve écrite de spécialité mathématiques, série générale · 29 août 2023
Exercice 1 (5 pts)
On considère le cube ABCDEFGH d'arête 1 représenté ci-contre.
On note K le milieu du segment [HG].
On se place dans le repère orthonormé \(\left(\text{A}~;~\overrightarrow{\text{AD}},~\overrightarrow{\text{AB}}, \overrightarrow{\text{AE}}\right)\).
Justifier que les points C, F et K définissent un plan.
Donner, sans justifier, les longueurs KG, GF et GC.
Calculer l'aire du triangle FGC.
Calculer le volume du tétraèdre FGCK.

On rappelle que le volume \(V\) d'un tétraèdre est donné par:
\[V = \dfrac13\mathcal{B} \times h,\]où \(\mathcal{B}\) est l'aire d'une base et \(h\) la hauteur correspondante.
On note \(\overrightarrow{n}\) le vecteur de coordonnées \(\begin{pmatrix}1\\2\\1\end{pmatrix}\).
Démontrer que \(\overrightarrow{n}\) est normal au plan (CFK).
En déduire qu'une équation cartésienne du plan (CFK) est:
\[x + 2y + z - 3 = 0.\]
On note \(\Delta\) la droite passant par le point G et orthogonale au plan (CFK).
Démontrer qu'une représentation paramétrique de la droite \(\Delta\) est:
\[\left\{\begin{array}{l c l} x&=&1 + t\\ y&=&1 + 2t\\ z&=&1 + t \end{array}\right. \quad (t \in \mathbb{R}))\]Soit L le point d'intersection entre la droite \(\Delta\) et le plan (CFK).
Déterminer les coordonnées du point L.
En déduire que LG \(= \dfrac{\sqrt 6}{6}\).
En utilisant la question 2., déterminer la valeur exacte de l'aire du triangle CFK.
Voir le corrigé de l'exercice 1
On considère le cube ABCDEFGH d'arête 1 représenté ci-contre.
On note K le milieu du segment [HG].
On se place dans le repère orthonormé \(\left(\text{A}~;~\overrightarrow{\text{AD}},~\overrightarrow{\text{AB}}, \overrightarrow{\text{AE}}\right)\).

Les points C, F et K définissent un plan si et seulement si ils ne sont pas alignés.
\(\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\overrightarrow{\mathrm{AD}}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}\) donc le point C a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}\).
\(\overrightarrow{\mathrm{AF}}=\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{AE}}\) donc le point F a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}\).
\(\overrightarrow{\mathrm{AH}}=\overrightarrow{\mathrm{AD}}+\overrightarrow{\mathrm{AE}}\) donc le point H a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}\).
\(\overrightarrow{\mathrm{AG}}=\overrightarrow{\mathrm{AD}}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{AE}}\) donc le point G a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}\).
K est le milieu de [HG] donc il a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} \frac{x_{\text H}+x_{\text G}}{2} \\[4pt] \frac{y_{\text H}+y_{\text G}}{2} \\[4pt] \frac{z_{\text H}+z_{\text G}}{2} \end{pmatrix} =\begin{pmatrix} \frac{1+1}{2} \\[4pt] \frac{0+1}{2} \\[4pt] \frac{1+1}{2} \end{pmatrix} =\begin{pmatrix} 1 \\[4pt] \frac{1}{2} \\[4pt] 1 \end{pmatrix}\).
\(\overrightarrow{\mathrm{CF}}\) et \(\overrightarrow{\mathrm{CK}}\) ont pour coordonnées respectives \(\begin{pmatrix} x_{\text F}-x_{\text C} \\ y_{\text F}-y_{\text C} \\ z_{\text F}-z_{\text C} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}\) et \(\begin{pmatrix} x_{\text K}-x_{\text C} \\ y_{\text K}-y_{\text C} \\ z_{\text K}-z_{\text C} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ -\frac{1}{2} \\ 1 \end{pmatrix}\).
Donc les vecteurs \(\overrightarrow{\mathrm{CF}}\) et \(\overrightarrow{\mathrm{CK}}\) ne sont pas colinéaires donc les points C, F et K ne sont pas alignés, et donc ces trois points définissent un plan.
\(\text{KG}=\frac{1}{2}\), \(\text{GF}=1\) et \(\text{GC}=1\).
Le triangle FGC est rectangle en G donc son aire vaut en unités d'aire:
\(\mathcal{A}=\dfrac{\text{GF}\times\text{GC}}{2}=\dfrac{1}{2}\).Le tétraèdre FGCK a pour base le triangle FGC et pour hauteur KG donc son volume vaut, en unité de volume: \(\dfrac{1}{3}\times \mathcal{A}\times \text{KG}=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{1}{2}\times\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{12}\).
On note \(\overrightarrow{n}\) le vecteur de coordonnées \(\begin{pmatrix}1\\2\\1\end{pmatrix}\).
\(\overrightarrow{n}\cdot\overrightarrow{\mathrm{CF}}=1\times (-1) + 2\times 0 + 1\times 1 = 0\) donc \(\overrightarrow{n}\perp\overrightarrow{\mathrm{CF}}\).
\(\overrightarrow{n}\cdot\overrightarrow{\mathrm{CK}}=1\times 0 + 2\times (-\frac{1}{2}) + 1\times 1 = 0\) donc \(\overrightarrow{n}\perp\overrightarrow{\mathrm{CK}}\).
Le vecteur \(\overrightarrow{n}\) est donc orthogonal à deux vecteurs directeurs du plan (CFK) donc c'est un vecteur normal au plan (CFK).
Le plan (CFK) est l'ensemble des points M de coordonnées \(\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix}\) tels que \(\overrightarrow{\mathrm{CM}}\) et \(\overrightarrow{n}\) soient orthogonaux, c'est-à-dire tels que \(\overrightarrow{\mathrm{CM}}\cdot\overrightarrow{n}=0\).
\(\overrightarrow{\mathrm{CM}}\) a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} x-1 \\ y-1 \\ z \end{pmatrix}\).
\(\overrightarrow{\mathrm{CM}}\cdot\overrightarrow{n}=0 \iff (x-1)\times 1 + (y-1)\times 2 + z\times 1=0\\ \phantom{\overrightarrow{\mathrm{CM}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{n}}=0} \iff x-1+2y-2+z=0 \iff x+2y+z-3=0\)
Le plan (CFK) a donc pour équation cartésienne \(x+2y+z-3=0\).
On note \(\Delta\) la droite passant par le point G et orthogonale au plan (CFK).
La droite \(\Delta\) est orthogonale au plan (CFK) donc elle a \(\overrightarrow{n}\) pour vecteur directeur. De plus, elle passe par le point G de coordonnées \(\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}\). Donc la droite \(\Delta\) est l'ensemble des points M de coordonnées \(\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix}\) tels que \(\overrightarrow{\mathrm{GM}}\) et \(\overrightarrow{n}\) soient colinéaires, autrement dit tels que \(\overrightarrow{\mathrm{GM}}=t\cdot\overrightarrow{n}\) où \(t\in\mathbb{R}\).
\(\overrightarrow{\mathrm{GM}}\) a pour coordonnées \(\begin{pmatrix} x-1 \\ y-1 \\ z-1 \end{pmatrix}\).
\(\overrightarrow{\mathrm{GM}}=t\cdot\overrightarrow{n} \iff \left \{ \begin{array}{l !{=} l} x-1 & t\times 1\\ y-1 & t\times 2\\ z-1 & t\times 1 \end{array} \right . \iff \left \{ \begin{array}{l !{=} l} x & 1+t\\ y & 1+2t\\ z & 1+t \end{array} \right .\)
Donc la droite \(\Delta\) a pour représentation paramétrique: \(\left\{\begin{array}{l !{=} l} x&1 + t\\ y&1 + 2t\\ z&1 + t \end{array} \right. \quad (t \in \mathbb{R})\).
Soit L le point d'intersection entre la droite \(\Delta\) et le plan (CFK).
Les coordonnées \(\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix}\) du point L sont solutions du système \(\left \{ \begin{array}{r !{=} l} x&1 + t\\ y & 1 + 2t\\ z & 1 + t\\ x+2y+z-3 & 0 \end{array} \right .\).
On a donc: \((1+t)+2(1+2t) +(1+t)-3=0\) soit \(1+t+2+4t+1+t-3=0\), ou encore \(6t+1=0\), soit \(t=-\frac{1}{6}\).
Le point L a donc pour coordonnées: \(\left \{ \begin{array}{r !{=} l !{=} l !{=} l} x&1 + t & 1 -\frac{1}{6} & \frac{5}{6}\\[4pt] y&1 + 2t & 1 - \frac{2}{6} & \frac{2}{3}\\[4pt] z&1 + t & 1 -\frac{1}{6} & \frac{5}{6} \end{array} \right .\)
\(\text{LG} = \displaystyle\sqrt{\left (x_{\text G} - x_{\text L}\right )^2 + \left (y_{\text G} - y_{\text L}\right )^2 + \left (z_{\text G} - z_{\text L}\right )^2} = \displaystyle\sqrt{\left (1 -\frac{5}{6}\right )^2 + \left (1-\frac{2}{3}\right )^2 + \left (1-\frac{5}{6}\right )^2}\\ \phantom{\text{LG}} =\displaystyle\sqrt{\frac{1}{36} + \frac{1}{9} + \frac{1}{36}} = \displaystyle\sqrt{\frac{6}{36}} = \frac{\sqrt{6}}{6}\)
Le tétraèdre FGCK a pour base le triangle CFK d'aire \(\mathcal{B}\), et pour hauteur LG.
Son volume vaut donc: \(\dfrac{1}{3}\times \mathcal{B}\times \text{LG}\). Ce volume vaut \(\dfrac{1}{12}\) donc on a:
\(\dfrac{1}{12}=\dfrac{1}{3}\times \mathcal{B} \times \dfrac{\sqrt{6}}{6}\) donc \(\dfrac{1}{12} = \dfrac{\sqrt{6}}{18}\times \mathcal{B}\) donc \(\dfrac{18}{12\sqrt{6}}=\mathcal{B}\) donc \(\mathcal{B}= \dfrac{\sqrt{6}}{4}\).
L'aire du triangle CFK est, en unité d'aire: \(\dfrac{\sqrt{6}}{4}\).
Attention, piège :Ne pas confondre avec la hauteur \(KG\) utilisée à la question 2.c : ici, la base est le triangle \(CFK\), donc la hauteur correspondante est la distance du sommet \(G\) au plan \((CFK)\). Comme \(\Delta\) est orthogonale à \((CFK)\) et passe par \(G\), son intersection \(L\) avec ce plan est le projeté orthogonal de \(G\) sur \((CFK)\) : c’est donc bien \(LG\) qui est la hauteur.
Exercice 2 (5 pts)
On considère la fonction \(f\) définie sur \([0~;~ +\infty[\) par:
\[f(x) = x\mathrm{e}^{-x}.\]On note \(\mathcal{C}_f\) sa courbe représentative dans un repère orthonormé du plan.
On admet que \(f\) est deux fois dérivable sur \([0~;~ +\infty[\).
On note \(f'\) sa dérivée et \(f''\) sa dérivée seconde.
En remarquant que pour tout \(x\) dans \([0~;~ +\infty[\), on a
\[f(x) = \dfrac{x}{\mathrm{e}^x}.\]démontrer que la courbe \(\mathcal{C}_f\) possède une asymptote en \(+ \infty\) dont on donnera une équation.
Démontrer que pour tout réel \(x\) appartenant à \([0~;~ +\infty[\) :
\[f'(x) = (1 - x)\mathrm{e}^{-x}.\]Dresser le tableau de variations de \(f\) sur \([0~;~ +\infty[\) , sur lequel on fera figurer les valeurs aux bornes ainsi que la valeur exacte de l'extremum.
Déterminer, sur l'intervalle \([0~;~ +\infty[\), le nombre de solutions de l'équation
\[f(x) = \dfrac{367}{1000}.\]On admet que pour tout \(x\) appartenant à \([0~;~ +\infty[\) :
\[f''(x) = \mathrm{e}^{-x}(x - 2).\]Étudier la convexité de la fonction \(f\) sur l'intervalle \([0~;~ +\infty[\).
• Soit \(a\) un réel appartenant à \([0~;~ +\infty[\) et A le point de la courbe \(\mathcal{C}_f\) d'abscisse \(a\).
On note \(T_a\) la tangente à \(\mathcal{C}_f\) en A.
On note H\(_a\) le point d'intersection de la droite \(T_a\) et de l'axe des ordonnées.
On note \(g(a)\) l'ordonnée de H\(_a\).
La situation est représentée sur la figure ci-contre.

Démontrer qu'une équation réduite de la tangente \(T_a\) est:
\[y = \left[(1- a)\mathrm{e}^{-a}\right]x + a^2\mathrm{e}^{-a}.\]En déduire l'expression de \(g(a)\).
Démontrer que \(g(a)\) est maximum lorsque A est un point d'inflexion de la courbe \(\mathcal{C}_f\).
Les traces de recherche, même incomplètes ou infructueuses, seront valorisées.
Voir le corrigé de l'exercice 2
On considère la fonction \(f\) définie sur \([0~;~ +\infty[\) par: \(f(x) = x\mathrm{e}^{-x}\).
\(f(x)=x \mathrm{e}^{-x}=\dfrac{x}{\mathrm{e}^{x}}\). Or \(\displaystyle\lim_{x\to +\infty} \dfrac{\mathrm{e}^{x}}{x}=+\infty\); donc \(\displaystyle\lim_{x\to +\infty} \dfrac{x}{\mathrm{e}^{x}} =0\) et donc \(\displaystyle\lim_{x\to +\infty} f(x)=0\).
On en déduit que la courbe \(\mathcal{C}_f\) possède une asymptote en \(+ \infty\) d'équation \(y=0\); c'est l'axe des abscisses.
Pour tout réel \(x\) appartenant à \([0~;~ +\infty[\): \(f'(x)=1\times \mathrm{e}^{-x}+x\times (-1)\mathrm{e}^{-x}=(1-x)\mathrm{e}^{-x}\).
Pour tout réel \(x\), \(\mathrm{e}^{-x}>0\) donc \(f'(x)\) est du signe de \((1-x)\) sur \([0~;~ +\infty[\).
On étudie le signe de \(f'(x)\) sur \([0~;~ +\infty[\).

\(f(0)=0\); \(f(1)=\mathrm{e}^{-1}\) et \(\displaystyle\lim_{x\to +\infty} f(x)=0\).
On dresse le tableau de variations de \(f\) sur \([0~;~ +\infty[\):
\(\mathrm{e}^{-1}\approx 0{,}369>\frac{367}{1000}\)
Sur l'intervalle \([0\;;\;1]\), la fonction \(f\) est continue et strictement croissante; elle va de \(0\) à \(\mathrm{e}^{-1}>0{,}367\). Donc d'après le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires, l'équation \(f(x)=0{,}367\) admet une solution unique sur cet intervalle.
Sur l'intervalle \([1\;;\;+\infty[\), la fonction \(f\) est continue et strictement décroissante; elle va de \(\mathrm{e}^{-1}>0{,}367\) à \(0\). Donc d'après le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires, l'équation \(f(x)=0{,}367\) admet une solution unique sur cet intervalle.
L'équation \(f(x) = \frac{367}{1000}\) admet donc deux solutions sur l'intervalle \([0~;~ +\infty[\).
On admet que pour tout \(x\) appartenant à \([0~;~ +\infty[\) : \(f''(x) = \mathrm{e}^{-x}(x - 2)\).
Pour étudier la convexité de la fonction \(f\) sur l'intervalle \([0~;~ +\infty[\), on étudie le signe de \(f''(x)\).

On peut même préciser que la courbe admet le point d'abscisse 2 comme point d'inflexion.
• Soit \(a\) un réel appartenant à \([0~;~ +\infty[\) et A le point de la courbe \(\mathcal{C}_f\) d'abscisse \(a\).
On note \(T_a\) la tangente à \(\mathcal{C}_f\) en A.
On note H\(_a\) le point d'intersection de la droite \(T_a\) et de l'axe des ordonnées.
On note \(g(a)\) l'ordonnée de H\(_a\).
La situation est représentée sur la figure ci-contre.

La tangente \(T_a\) a pour équation:
\(y=f'(a)(x-a)+f(a) \iff y= (1-a)\mathrm{e}^{-a}(x-a)+a\mathrm{e}^{-a}\\ \phantom{y=f'(a)(x-a)+f(a)} \iff y= \left [(1-a)\mathrm{e}^{-a}\right ]x- (1-a)\mathrm{e}^{-a}a+a\mathrm{e}^{-a}\\ \phantom{y=f'(a)(x-a)+f(a)} \iff y= \left [(1-a)\mathrm{e}^{-a}\right ]x -a\mathrm{e}^{-a}+a^2\mathrm{e}^{-a}+a\mathrm{e}^{-a}\\ \phantom{y=f'(a)(x-a)+f(a)} \iff y= \left [(1-a)\mathrm{e}^{-a}\right ]x +a^2\mathrm{e}^{-a}\)
\(g(a)\) est l'ordonnée du point H\(_a\) de la tangente d'abscisse 0; donc
\(g(a)= \left [(1-a)\mathrm{e}^{-a}\right ]\times 0 +a^2\mathrm{e}^{-a}=a^2\mathrm{e}^{-a}\).
Soit \(g\) la fonction définie sur \([0~;~ +\infty[\) par \(g(x)=x^2\mathrm{e}^{-x}\).
\(g'(x)=2x\times \mathrm{e}^{-x}+ x^2\times (-1)\mathrm{e}^{-x}= -x(x-2)\mathrm{e}^{-x}\)

D'après le tableau de signes de \(g'(x)\), la fonction \(g\) est croissante puis décroissante; elle admet un maximum pour \(x=2\), ce qui correspond au point d'inflexion de la courbe \(\mathcal{C}_f\).
À retenir :\(f\) est convexe sur un intervalle lorsque \(f''\) y est positive, concave lorsque \(f''\) y est négative. Ici \(\mathrm{e}^{-x}>0\), donc \(f''(x)\) a le signe de \(x-2\) : \(f\) est concave sur \([0~;~2]\), convexe sur \([2~;~+\infty[\) et admet un point d'inflexion en \(x=2\).
Exercice 3 (5 pts)
On considère la suite \(\left(u_n\right)\) telle que \(u_0 = 0\) et pour tout entier naturel \(n\) :
\[u_{n+1} = \dfrac{-u_n - 4}{u_n + 3}.\]On admet que \(u_n\) est défini pour tout entier naturel \(n\).
Calculer les valeurs exactes de \(u_1\) et \(u_2\).
On considère la fonction
termeci-dessous écrite de manière incomplète en langage Python :def terme (n) : u = … for i in range(n): u = … return(u)On rappelle qu'en langage Python, « i in range (n)» signifie que \(i\) varie de \(0\) à \(n - 1\).Recopier et compléter le cadre ci-dessus de sorte que, pour tout entier naturel \(n\), l'instruction
terme (n)renvoie la valeur de \(u_n\).Soit la fonction \(f\) définie sur \(]- 3~;~+\infty[\) par:
\[f(x) = \dfrac{- x - 4}{x+ 3}.\]Ainsi, pour tout entier naturel \(n\), on a \(u_{n+1} = f\left(u_n\right)\).
Démontrer que la fonction \(f\) est strictement croissante sur \(]- 3~;~+\infty[\).
Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel \(n\) :
\[- 2 < u_{n+1} \leqslant u_n.\]En déduire que la suite \(\left(u_n\right)\) est convergente.
Soit la suite \(\left(v_n\right)\) définie pour tout entier naturel \(n\) par:
\[v_n = \dfrac{1}{u_n + 2}.\]Donner \(v_0\).
Démontrer que la suite \(\left(v_n\right)\) est arithmétique de raison 1.
En déduire que pour tout entier naturel \(n \geqslant 1 :\)
\[u_n = \dfrac{1}{n + 0{,}5} - 2.\]Déterminer la limite de la suite \(\left(u_n\right)\).
Voir le corrigé de l'exercice 3
On considère la suite \(\left(u_n\right)\) telle que \(u_0 = 0\) et pour tout entier naturel \(n\) : \(u_{n+1} = \dfrac{-u_n - 4}{u_n + 3}\).
On admet que \(u_n\) est défini pour tout entier naturel \(n\).
\(u_1=\dfrac{-u_0-4}{u_0+3} = \dfrac{0-4}{0+3}=-\dfrac{4}{3}\)
\(u_2=\dfrac{-u_1-4}{u_1+3} =\dfrac{-\left (-\frac{4}{3}\right )-4}{-\frac{4}{3}+3} = \dfrac{\frac{4}{3} - \frac{12}{3}}{-\frac{4}{3}+\frac{9}{3}} = \dfrac{-\frac{8}{3}}{\frac{5}{3}} = -\frac{8}{5}\)
On considère la fonction
termeci-dessous écrite de manière incomplète en langage Python; on la complète de sorte que, pour tout entier naturel \(n\), l'instructionterme (n)renvoie la valeur de \(u_n\).def terme (n) : u = 0 for i in range(n): u = (-u - 4) / (u + 3) return(u)Soit la fonction \(f\) définie sur \(]- 3~;~+\infty[\) par: \(f(x) = \dfrac{- x - 4}{x+ 3}\).
\(f\) est une fonction rationnelle donc elle est dérivable sur son ensemble de définition donc sur \(]- 3~;~+\infty[\).
Sur \(]- 3~;~+\infty[\), on a: \(f'(x)=\dfrac{-1(x+3)-(-x-4)\times 1}{(x+3)^2} = \dfrac{-x-3+x+4}{(x+3)^2} =\dfrac{1}{(x+3)^2}>0\); donc la fonction \(f\) est strictement croissante sur \(]- 3~;~+\infty[\).
Soit \(\mathcal{P}_n\) la propriété: \(- 2 < u_{n+1} \leqslant u_n\).
Initialisation
Pour \(n=0\), on a: \(u_n=u_0=0\) et \(u_{n+1}=u_1=-\frac{4}{3}\); donc on a; \(-2 < u_1 \leqslant u_0\).
La propriété est vraie au rang \(0\).
Hérédité
On suppose la propriété vraie au rang \(n\geqslant 0\), c'est-à-dire: \(-2 < u_{n+1} \leqslant u_{n}\); c'est l'hypothèse de récurrence.
Comme \(-3<-2\) et que \(-2 < u_{n+1} \leqslant u_{n}\), on se place ans l'intervalle \(]- 3~;~+\infty[\). Sur cet intervalle, la fonction \(f\) est strictement croissante donc:
\(-2 < u_{n+1} \leqslant u_{n} \implies f(-2) < f(u_{n+1}) \leqslant f(u_{n})\)
\(f(-2)= \dfrac{-(-2)-4}{-2+3}=-2\); \(f(u_{n+1})=u_{n+2}\) et \(f(u_{n})=u_{n+1}\)
Donc \(f(-2) < f(u_{n+1}) \leqslant f(u_{n})\) équivaut à \(-2 < u_{n+2} \leqslant u_{n+1}\).
On a donc démontré que la propriété était vraie au rang \(n+1\).
Conclusion
La propriété est vraie au rang 0, et elle est héréditaire pour \(n\geqslant 0\). D'après le principe de récurrence, on peut dire qu'elle est vraie pour tout entier naturel \(n\).
Pour tout entier naturel \(n\), on a donc: \(- 2 < u_{n+1} \leqslant u_n\).
pour tout \(n\), \(u_{n+1} \leqslant u_n\) donc la suite \((u_n)\) est décroissante;
pour tout \(n\), \(-2< u_n\) donc la suite \((u_n)\) est minorée.
D'après le théorème de la convergence monotone, on peut en déduire que la suite \((u_n)\) est convergente.
Soit la suite \(\left(v_n\right)\) définie pour tout entier naturel \(n\) par: \(v_n = \dfrac{1}{u_n + 2}\).
On remarque que, pour tout \(n\), \(u_n>-2\) entraîne \(u_n+2>0\) donc \(v_n = \dfrac{1}{u_n+2}\) existe pour tout \(n\) et est strictement positive (donc non nulle).
\(v_0 = \dfrac{1}{u_0+2} = \dfrac{1}{0+2} = \dfrac{1}{2}=0{,}5\)
\(v_{n+1} = \dfrac{1}{u_{n+1}+2} = \dfrac{1}{\frac{-u_n-4}{u_n+3}+2} = \dfrac{1}{\frac{-u_n-4 +2u_n+6}{u_n+3}} = \dfrac{u_n+3}{u_n+2}\)
\(v_{n+1}-v_n = \dfrac{u_n+3}{u_n+2} - \dfrac{1}{u_n+2} =\dfrac{u_n+2}{u_n+2}=1\)
Donc la suite \((v_n)\) est arithmétique de raison \(r=1\) et de premier terme \(v_0=0{,}5\).
La suite \((v_n)\) est arithmétique de raison \(r=1\) et de premier terme \(v_0=0{,}5\) donc, pour tout \(n\), \(v_n=v_0+n\times r = 0{,}5 + n\).
\(v_n=\dfrac{1}{u_n+2} \iff \dfrac{1}{v_n} = u_n+2 \iff u_n=\dfrac{1}{v_n}-2\) donc \(u_n=\dfrac{1}{n+0{,}5}-2\), pour tout \(n\).
\(\displaystyle\lim_{n\to +\infty} (n+0{,}5)=+\infty\) donc \(\displaystyle\lim_{n\to +\infty} \dfrac{1}{n+0{,}5}=0\), et donc \(\displaystyle\lim_{n\to +\infty} u_n=-2\).
Exercice 4 (5 pts)
Cet exercice est un questionnaire à choix multiples.
Pour chacune des questions suivantes, une seule des quatre réponses proposées est exacte.
Pour répondre, indiquer sur la copie le numéro de la question et la lettre de la réponse choisie.
Aucune justification n'est demandée.
Une réponse fausse, une absence de réponse, ou une réponse multiple, ne rapporte ni n'enlève de point.
L'énoncé ci-dessous est commun aux questions 1. et 2.
Les \(200\) adhérents d'un club sont des filles ou des garçons. Ces adhérents pratiquent l'aviron ou le basket selon la répartition figurant dans le tableau ci-dessous.
| Aviron | Basket | Total | |
| Filles | 25 | 80 | 105 |
| Garçons | 50 | 45 | 95 |
| Total | 75 | 125 | 200 |
On choisit un adhérent au hasard et on considère les évènements suivants:
\(F\) : l'adhérent est une fille ;
\(A\) : l'adhérent pratique l'aviron.
La probabilité de \(F\) sachant \(A\) est égale à :
a. \(\dfrac{25}{100}\) b. \(\dfrac{25}{75}\) c. \(\dfrac{25}{105}\) d. \(\dfrac{75}{105}\) La probabilité de l'évènement \(A \cup F\) est égale à :
a. \(\dfrac{9}{10}\) b. \(\dfrac{1}{8}\) c. \(\dfrac{31}{40}\) d. \(\dfrac{5}{36}\) L'énoncé ci-dessous est commun aux questions 3. et 4.
Pour se rendre à son travail, Albert peut utiliser au choix le bus ou le train.

La probabilité que le bus soit en panne est égale à \(b\).
La probabilité que le train soit en panne est égale à \(t\).
Les pannes de bus et de train surviennent de façon indépendante.
La probabilité \(p_1\) que le bus ou le train soient en panne est égale à :
a. \(p_1 = bt\) b. \(p_1 = 1 - bt\) c. \(p_1 = b + t\) d. \(p_1 = b + t - bt\) La probabilité \(p_2\) que Albert puisse se rendre à son travail est égale à :
a. \(p_2 = bt\) b. \(p_2 = 1 - bt\) c. \(p_2 = b + t\) d. \(p_2 = b + t - bt\) On considère une pièce de monnaie pour laquelle la probabilité d'obtenir FACE est égale à \(x\).
On lance la pièce \(n\) fois. Les lancers sont indépendants.
La probabilité \(p\) d'obtenir au moins une fois FACE sur les \(n\) lancers est égale à
a. \(p = x^n\) b. \(p = (1 - x)^n\) c. \(p = 1 - x^n\) d. \(p = 1 - (1 - x)^n\)
Voir le corrigé de l'exercice 4
L'énoncé ci-dessous est commun aux questions 1. et 2.
Les \(200\) adhérents d'un club sont des filles ou des garçons. Ces adhérents pratiquent l'aviron ou le basket selon la répartition figurant dans le tableau ci-dessous.
| Aviron | Basket | Total | |
| Filles | 25 | 80 | 105 |
| Garçons | 50 | 45 | 95 |
| Total | 75 | 125 | 200 |
On choisit un adhérent au hasard et on considère les évènements suivants:
\(F\) : l'adhérent est une fille ;
\(A\) : l'adhérent pratique l'aviron.
La probabilité de \(F\) sachant \(A\) est égale à :
a. \(\dfrac{25}{100}\) b. \(\dfrac{25}{75}\) c. \(\dfrac{25}{105}\) d. \(\dfrac{75}{105}\) Il y a 75 adhérents pratiquant l'aviron dont 25 filles ; la probabilité de \(F\) sachant A est donc \(\dfrac{25}{75} = \dfrac13\) ! Réponse b. La probabilité de l'évènement \(A \cup F\) est égale à :
a. \(\dfrac{9}{10}\) b. \(\dfrac{1}{8}\) c. \(\dfrac{31}{40}\) d. \(\dfrac{5}{36}\) Sur 200 adhérents, il y en a \(80+25+50=155\) qui sont des filles ou qui pratiquent l'aviron. La probabilité de \(A\cup F\) est donc \(\dfrac{155}{200}=\dfrac{31}{40}\). Réponse c. L'énoncé ci-dessous est commun aux questions 3. et 4.
Pour se rendre à son travail, Albert peut utiliser au choix le bus ou le train.

La probabilité que le bus soit en panne est égale à \(b\). La probabilité que le train soit en panne est égale à \(t\). Les pannes de bus et de train surviennent de façon indépendante.
Attention, piège :Pour calculer \(P(A\cup F)\), n'additionnez pas \(P(A)\) et \(P(F)\) sans retirer \(P(A\cap F)\) : les 25 filles pratiquant l'aviron seraient comptées deux fois. La formule est \(P(A\cup F)=P(A)+P(F)-P(A\cap F)=\frac{75}{200}+\frac{105}{200}-\frac{25}{200}=\frac{155}{200}=\frac{31}{40}\). La réponse \(\frac{9}{10}\) correspond à l'oubli de cette soustraction.
La probabilité \(p_1\) que le bus ou le train soient en panne est égale à :
a. \(p_1 = bt\) b. \(p_1 = 1 - bt\) c. \(p_1 = b + t\) d. \(p_1 = b + t - bt\) On appelle \(B\) l'événement: « le bus est en panne » et \(T\) l'événement « le train est en panne » . Les pannes de bus et de train surviennent de façon indépendante donc \(P(B\cap T)=P(B)\times P(T)=bt\). \(p_1=P(B\cup T)= P(B) + P(T) - P(B\cap T) = b+t-bt\). Réponse d. La probabilité \(p_2\) que Albert puisse se rendre à son travail est égale à :
a. \(p_2 = bt\) b. \(p_2 = 1 - bt\) c. \(p_2 = b + t\) d. \(p_2 = b + t - bt\) Pour que Albert puisse se rendre à son travail, il ne faut pas que le bus et le train soient en panne en même temps. Autrement dit, on cherche la probabilité du contraire de \(B\cap T\) donc la probabilité de \(\overline{B\cap T}\). \(p_2= P\left (\overline{B\cap T} \right ) = 1- P\left (B\cap T \right ) = 1-bt\) Réponse b. On considère une pièce de monnaie pour laquelle la probabilité d'obtenir FACE est égale à \(x\). On lance la pièce \(n\) fois. Les lancers sont indépendants.
La probabilité \(p\) d'obtenir au moins une fois FACE sur les \(n\) lancers est égale à
a. \(p = x^n\) b. \(p = (1 - x)^n\) c. \(p = 1 - x^n\) d. \(p = 1 - (1 - x)^n\) La probabilité d'obtenir zéro fois FACE est la probabilité de n'obtenir que des PILE, soit \((1-x)^n\). Donc la probabilité d'obtenir au moins une fois FACE est \(1-(1-x)^n\). Réponse d.
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