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Terminale · Examen blanc

Bac blanc — Sujet 3

Durée : 4 heures — Coefficient : 16 Calculatrice autorisée Total : 20 points


EXERCICE 1 (5 pts) — Analyse : Limites, Étude de Fonctions et Asymptotes

Soit \(f(x) = \dfrac{e^x - 1}{e^x + 1}\) définie sur \(\mathbb{R}\).

1. Calculer \(\displaystyle\lim_{x \to +\infty} f(x)\) et \(\displaystyle\lim_{x \to -\infty} f(x)\). Interpréter graphiquement. (0,75 pt)

2. Montrer que \(f\) est une fonction impaire. (0,5 pt)

3. Montrer que \(f'(x) = \dfrac{2 e^x}{(e^x + 1)^2}\). (1 pt)

4. Étudier le signe de \(f'\) et dresser le tableau de variations de \(f\). (0,5 pt)

5. Montrer que \(f''(x) = \dfrac{2 e^x (1 - e^x)}{(1 + e^x)^3}\). En déduire le point d'inflexion de \(\mathcal{C}_f\). (1 pt)

6. Écrire l'équation de la tangente à \(\mathcal{C}_f\) au point d'abscisse \(x = 0\). (0,5 pt)

7. Calculer \(\displaystyle\int_0^{\ln 3} f(x)\,\mathrm{d}x\) en remarquant que \(f(x) = 1 - \dfrac{2}{e^x + 1}\). (0,75 pt)


EXERCICE 2 (5 pts) — Suites et Équations Différentielles

Les parties A et B sont indépendantes.

Partie A — Suite et modèle démographique

Une population est modélisée par la suite \((P_n)\) où \(P_n\) est la population (en milliers) l'année \(n\) (avec \(n = 0\) pour l'année 2020). On pose : \[P_{n+1} = 1{,}04\,P_n - 2\]

1.a. Interpréter dans le contexte les coefficients \(1{,}04\) et \(2\). (0,5 pt)

1.b. Déterminer le point fixe \(\ell\) de cette suite. (0,5 pt)

1.c. Montrer que la suite \((Q_n)\) définie par \(Q_n = P_n - \ell\) est géométrique. Donner sa raison. (0,5 pt)

1.d. Sachant que \(P_0 = 40\), exprimer \(P_n\) en fonction de \(n\). (0,5 pt)

1.e. La population finira-t-elle par s'éteindre ? Justifier et indiquer à partir de quelle année. (0,5 pt)

Partie B — Croissance logistique

On considère l'équation différentielle \((E) : y'(t) = 0{,}3\,y(t)\left(1 - \dfrac{y(t)}{100}\right)\) avec \(y(0) = 5\).

2.a. Montrer que si \(y\) est solution de \((E)\) et ne s'annule pas, alors \(z = \dfrac{1}{y}\) vérifie : \(z' = -0{,}3\,z + 0{,}003\). (0,75 pt)

2.b. On admet que la solution est \(y(t) = \dfrac{100}{1 + 19\,e^{-0{,}3 t}}\). Vérifier que \(y(0) = 5\). (0,25 pt)

2.c. Calculer \(\displaystyle\lim_{t \to +\infty} y(t)\) et interpréter. (0,5 pt)


EXERCICE 3 (5 pts) — Probabilités : loi binomiale et concentration

Les parties A, B et C sont indépendantes.

Un fabricant produit des batteries pour vélos électriques.

Partie A — Batteries défectueuses

On admet que \(4\,\%\) des batteries produites sont défectueuses. On prélève au hasard un lot de \(30\) batteries ; la production est assez importante pour assimiler ce prélèvement à un tirage avec remise. On note \(X\) le nombre de batteries défectueuses du lot.

1. Justifier que \(X\) suit une loi binomiale dont on précisera les paramètres. (0,5 pt)

2. Calculer la probabilité qu'aucune batterie du lot ne soit défectueuse. Arrondir au millième. (0,5 pt)

3. Calculer \(P(X \leq 2)\). Arrondir au millième. (0,75 pt)

4. Calculer \(E(X)\) et \(V(X)\). Interpréter \(E(X)\). (0,5 pt)

Partie B — Le contrôle

Chaque batterie passe un test. Une batterie défectueuse est signalée par le test dans \(95\,\%\) des cas ; une batterie sans défaut est signalée (à tort) dans \(2\,\%\) des cas. On note \(D\) : « la batterie est défectueuse » et \(S\) : « la batterie est signalée ».

5. Construire un arbre pondéré et calculer \(P(S)\). (0,75 pt)

6. Une batterie est signalée. Quelle est la probabilité qu'elle soit réellement défectueuse ? Arrondir au centième. (0,5 pt)

Partie C — Durée de vie moyenne

La durée de vie d'une batterie (en années) est une variable aléatoire d'espérance \(10\) et de variance \(4\). On teste \(n\) batteries dont les durées de vie \(X_1, \dots, X_n\) sont indépendantes et suivent toutes cette loi. On note \(M_n = \dfrac{X_1 + \dots + X_n}{n}\) la durée de vie moyenne de l'échantillon.

7. Donner \(E(M_n)\) et \(V(M_n)\) en fonction de \(n\). (0,5 pt)

8. À l'aide de l'inégalité de concentration, majorer \(P(|M_n - 10| \geq 0{,}5)\) pour \(n = 100\). (0,5 pt)

9. Quelle taille d'échantillon garantit, par cette inégalité, que \(P(|M_n - 10| \geq 0{,}5) \leq 0{,}05\) ? (0,5 pt)


EXERCICE 4 (5 pts) — Géométrie, Droites et Plans

Dans le repère orthonormé \((O\,;\,\vec{i},\,\vec{j},\,\vec{k})\), on considère les points : \[A(1\,;\,-1\,;\,2)\,,\,B(3\,;\,1\,;\,2)\,,\,C(1\,;\,3\,;\,4)\,,\,D(-1\,;\,1\,;\,4)\]

1. Calculer \(\overrightarrow{AB}\), \(\overrightarrow{DC}\) et \(\overrightarrow{AD}\). Montrer que \(ABCD\) est un parallélogramme. (1 pt)

2. Calculer \(\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AD}\). \(ABCD\) est-il un rectangle ? (0,75 pt)

3. Calculer les longueurs \(AB\) et \(AD\). \(ABCD\) est-il un losange ? (0,5 pt)

4. Montrer que le vecteur \(\vec{n} = \begin{pmatrix} 1 \ -1 \ 2 \end{pmatrix}\) est normal au plan \((ABCD)\). (0,75 pt)

5. Déterminer l'équation cartésienne du plan \((ABCD)\). (0,5 pt)

6. La droite \(\Delta\) passant par \(E(2\,;\,1\,;\,5)\) et de vecteur directeur \(\vec{u} = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ -1 \end{pmatrix}\) est-elle parallèle au plan \((ABCD)\) ? (0,5 pt)

7. Si \(\Delta\) coupe le plan, déterminer les coordonnées du point d'intersection. (0,5 pt)


BARÈME INDICATIF

Exercice Points
Exercice 1 5
Exercice 2 5
Exercice 3 5
Exercice 4 5
Total 20