Sujet bac S - Annale mathématiques 2013

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL

SESSION 2015

MATHÉMATIQUES

Série S

Durée de l’épreuve : 4 heures – coefficient :

Les calculatrices électroniques de poche sont autorisées, conformément à la réglementation en vigueur.

Le sujet est composé de 4 exercices indépendants. Le candidat doit traiter tous les exercices. Dans chaque exercice, le candidat peut admettre un résultat précédemment donné dans le texte pour aborder les questions suivantes, à condition de l’indiquer clairement sur la copie. Le candidat est invité à faire figurer sur la copie toute trace de recherche, même incomplète ou non fructueuse, qu’il aura développée. Il est rappelé que la qualité de la rédaction, la clarté et la précision des raisonnements entreront pour une part importante dans l’appréciation des copies.

EXERCICE 1 (4 points)

Commun à tous les candidats

Une jardinerie vend de jeunes plants d’arbres qui proviennent de trois horticulteurs : 35 % des plants proviennent de l’horticulteur $H$ , 25 % de l’horticulteur $H$ 2 $H_{2}$ et le reste de l’horticulteur $H_3$ .

Chaque horticulteur livre deux catégories d’arbres : des conifères et des arbres à feuilles.

La livraison de l’horticulteur $H$ comporte 80 % de conifères alors que celle de l’horticulteur $H$ 2 $H_{2}$ n’en comporte que 50 % et celle de l’horticulteur $H_3$ seulement 30 %.

1. Le gérant de la jardinerie choisit un arbre au hasard dans son stock. On envisage les évènements suivants : – $H$ : « l’arbre choisi a été acheté chez l’horticulteur $H$ 1 $H_{1}$ »,

– $H$ : « l’arbre choisi a été acheté chez l’horticulteur $H$ 2 $H_{2}$ »,

– $H$ : « l’arbre choisi a été acheté chez l’horticulteur $H$ 3 $H_{3}$ »,

– $C$ : « l’arbre choisi est un conifère »,

– $F$ : « l’arbre choisi est un arbre feuillu ».

a. Construire un arbre pondéré traduisant la situation.

b. Calculer la probabilité que l’arbre choisi soit un conifère acheté chez l’horticulteur $H_3$ .

c. Justifier que la probabilité de l’évènement $C$ est égale à 0,525.

d. L’arbre choisi est un conifère.

Quelle est la probabilité qu’il ait été acheté chez l’horticulteur $H_1$ ? On arrondira à 10^-3.

2. On choisit au hasard un échantillon de 10 arbres dans le stock de cette jardinerie. On suppose que ce stock est suffisamment important pour que ce choix puisse être assimilé à un tirage avec remise de $10$ arbres dans le stock.

On appelle $X$ la variable aléatoire qui donne le nombre de conifères de l’échantillon choisi.

a. Justifier que $X$ suit une loi binomiale dont on précisera les paramètres.

b. Quelle est la probabilité que l’échantillon prélevé comporte exactement 5 conifères ? On arrondira à 10^-3.

c. Quelle est la probabilité que cet échantillon comporte au moins deux arbres feuillus ? On arrondira à 10^-3.

EXERCICE 2 (7 points)

Commun à tous les candidats

Sur le graphique ci-dessous, on a tracé, dans le plan muni d’un repère orthonormé $(O\ ;\overrightarrow i, \overrightarrow j)$ la courbe représentative $C$ d’une fonction $f$ définie et dérivable sur l’intervalle $]0, +\infty[$ .

Alt texte

On dispose des informations suivantes :

– les points $A, B, C$ ont pour coordonnées respectives $(1, 0)$ , $(1, 2)$ , $(0, 2)$ ;

– la courbe $C$ passe par le point $B$ et la droite $(BC)$ est tangente à $C$ en $B$ ;

– il existe deux réels positifs $a$ et $b$ tels que pour tout réel strictement positif $x$ , $f(x) = \frac {a+b\ \text{ln}\ x}{x}$

a. En utilisant le graphique, donner les valeurs de $f(1)$ et $f'(1)$ .

b. Vérifier que pour tout réel strictement positif $x$ , $f'(x) =\frac {(b-a)-b\ \text{ln}\ x}{x^2}$

c. En déduire les réels $a$ et $b$ .

a. Justifier que pour tout réel x appartenant à l’intervalle $]0\ ; +\infty[$ , $f'(x)$ a le même signe que $- \text{ln}\ x$ .

b. Déterminer les limites de $f$ en $0$ et en $+\infty$ . On pourra remarquer que pour tout réel $x$ strictement positif, $f(x) =\frac{2}{x}+2\frac{\text{ln}\ x}{x}$

c. En déduire le tableau de variations de la fonction $f$ .

a. Démontrer que l’équation $f(x) = 1$ admet une unique solution $\alpha$ sur l’intervalle $]0\ ; 1]$ .

b. Par un raisonnement analogue, on démontre qu’il existe un unique réel $\beta$ de l’intervalle $]1\ ; +\infty[$ tel que $f(\beta) = 1$ .
Déterminer l’entier $n$ tel que $n < \beta < n + 1$ .

4. On donne l’algorithme ci-dessous :

Alt texte

a. Faire tourner cet algorithme en complétant le tableau ci-dessous que l’on recopiera sur la copie.

	étape 1	étape 2	étape 3	étape 4	étape 5
$a$	$0$
$b$	$1$
$b-1$
$m$

b. Que représentent les valeurs affichées par cet algorithme ?

c. Modifier l’algorithme ci-dessus pour qu’il affiche les deux bornes d’un encadrement de $\beta$ d’amplitude $10^{-1}$ .

5. Le but de cette question est de démontrer que la courbe $C$ partage le rectangle $OABC$ en deux domaines d’aires égales.

a. Justifier que cela revient à démontrer que $\int^{1}_{\frac{1}{e}} f(x) dx = 1$ .

b. En remarquant que l’expression de $f (x)$ peut s’écrire $\frac {2}{x}+2\times \frac{1}{x}\times \text{ln}\ x$ , terminer la démonstration.

EXERCICE 3 (4 points)

Commun à tous les candidats

Pour chacune des propositions suivantes, indiquer si elle est vraie ou fausse et justifier la réponse choisie.

Il est attribué un point par réponse exacte correctement justifiée. Une réponse non justifiée n’est pas prise en compte. Une absence de réponse n’est pas pénalisée.

1. Proposition 1 : Dans le plan muni d’un repère orthonormé, l’ensemble des points $M$ dont l’affixe $z$ vérifie l’égalité $|z - i | = |z + 1|$ est une droite.

2. Proposition 2 : Le nombre complexe $(1 + i\sqrt 3)^4$ est un nombre réel.

3. Soit $ABCDEFGH$ un cube.

Proposition 3 : Les droites $(EC)$ et $(BG)$ sont orthogonales.

Alt texte

4. L’espace est muni d’un repère orthonormé $(O\ ; \overrightarrow i\ ; \overrightarrow j\ ; \overrightarrow k).$ Soit le plan $P$ d’équation cartésienne $x + y + 3z + 4 = 0$ . On note $S$ le point de coordonnées $(1, -2, -2)$ .

Proposition 4 : La droite qui passe par $S$ et qui est perpendiculaire au plan $P$ a pour représentation paramétrique

$\left\lbrace\begin{aligned} x&=2+t \ y&=-1+t \ z&=1+3t \end{aligned}\right .$

EXERCICE 4 (5 points)

Candidats n’ayant pas suivi l’enseignement de spécialité

Soit la suite numérique $(u$ définie sur $N$ par : $u$ 0 = 2 $u_{0} = 2$ et pour tout entier naturel $n$ , $u$

a. Calculer $u$ , $u$ 2 $u_{2}$ , $u$ et $u$ 4 $u_{4}$ . On pourra en donner des valeurs approchées à 10^-2 près.

b. Formuler une conjecture sur le sens de variation de cette suite.

a. Démontrer que pour tout entier naturel $n$ , $u_n\leq n + 3$

b. Démontrer que pour tout entier naturel $n$ , $u$ .

c. En déduire une validation de la conjecture précédente.

3. On désigne par $(v$ la suite définie sur $N$ par $v$ n = u_n - n $v_{n} = u_{n} - n$ .

a. Démontrer que la suite $(v_n )$ est une suite géométrique de raison $\frac{2}{3}$ .

b. En déduire que pour tout entier naturel $n$ , $u_n=2\big(\frac{2}{3}\big)^n+n$

c. Déterminer la limite de la suite $(u_n)$ .

4. Pour tout entier naturel non nul n, on pose :

$\sum\limits$

$T$

a. Exprimer $S_n$ en fonction de $n$ .

b. Déterminer la limite de la suite $(T_n)$ .