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Fiche de mathématiques



Durée de l'épreuve : 4 heures - Coefficient 4

Un formulaire de mathématiques est distribué en même temps que le sujet.
Des feuilles de papier millimétré seront mises à la disposition des candidats.


4 points

exercice 1

Questionnaire à choix multiples

Pour chacune des quatre questions, une seule des réponses a, b ou c est exacte.
Indiquer sur la copie le numéro de la question et la lettre correspondant à la réponse choisie.
Aucune justification n'est demandée.

Notation : une bonne réponse rapporte 1 point. Une mauvaise réponse ou une absence de réponse ne rapporte aucun point et n'en enlève aucun.

On définit la fonction f sur l'ensemble \mathbb{R} des nombres réels par :
f(x)  = 2\text{e}^{- \dfrac{1}{2}x}.
Le plan est rapporté au repère orthonormal (O ; \vec{i},\vec{j}) d'unité graphique 2 cm.

On a tracé, ci-dessous, la courbe représentative \mathcal{C} de la fonction f dans le repère (O ; \vec{i},\vec{j}).
On note A et B les points de coordonnées respectives (-3 ; 0) et (0 ; 2).
On note \mathcal{D} le domaine (hachuré ci-dessous) délimité par :
   * la courbe \mathcal{C},
   * l'axe des abscisses,
   * l'axe des ordonnées,
   * la droite d'équation : x  =  2.
bac STI génie mécanique (A et F) génie énergétique génie civil, Antilles Guyane Septembre 2008 - terminale : image 1

Question 1 :
La fonction f est une solution de l'équation différentielle (E) :
Réponse a. : (E) : 2y'+ y =  0
Réponse b. : (E) : 2y'  - y = 0
Réponse c. : (E) : y' - y = 0.
(y désigne une fonction inconnue définie sur l' ensemble des nombres réels de variable x ; y' désigne la fonction dérivée de la fonction y.)

Question 2 :
La courbe \mathcal{C} a pour asymptote la droite d'équation :
Réponse a. : y =  - 2x ;
Réponse b. : x = 0 ;
Réponse c. : y = 0.

Question 3 :
La tangente T à la courbe \mathcal{C} au point d'abscisse 0 a pour équation :
Réponse a. : y =- 2x + 2 ;
Réponse b. :  y = - x+ 2 ;
Réponse c. : y = x + 2.

Question 4 :
On note S le solide de révolution engendré par la rotation du domaine \mathcal{D} autour de l'axe des abscisses.
La valeur V du volume du solide S est donnée par :
\displaystyle \text{V} = \pi\int_{0}^2 [f(x)]^2 \text{d}x (en unités de volume).
La valeur V du volume du solide S, en cm2 est égale à :
Réponse a. : 4\pi \left(1 - \text{e}^{-2}\right) ;
Réponse b. : 16\pi \left(1 - \text{e}^{-2}\right) ;
Réponse c. : 32\pi \left(1 - \text{e}^{-2}\right).


5 points

exercice 2

i désigne le nombre complexe de module 1 et d'argument \dfrac{\pi}{2}.
On considère les nombres complexes suivants
Z_{1} =  \dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{2}\text{i}, Z_{2} = \dfrac{2 + \text{i}}{3 - \text{i}} et Z_{3} = \dfrac{\sqrt{3}}{2} \text{e}^{-\text{i}\frac{\pi}{6}}

1. Déterminer le module et un argument du nombre complexe Z_{1}.

2. a) Écrire le nombre complexe Z_{2} sous forme algébrique et montrer que : Z_{2} = \overline{Z_{1}}.
    b) Déterminer la forme exponentielle du nombre complexe Z_{2}.

3. Écrire le nombre complexe Z_{3} sous forme algébrique.

4. On note Z le nombre complexe défini par : Z=Z_{2}Z_{3}.
    a) Calculer le module et un argument du nombre complexe Z.
    b) Écrire le nombre complexe Z sous forme algébrique.
    c) En déduire les valeurs exactes des nombres réels \cos \left(\dfrac{\pi}{12}\right) et \sin \left(\dfrac{\pi}{12}\right).


11 points

probleme

La fonction f est définie sur l'intervalle ]0 ;  + \infty[ par
f(x)  = a \ln x +  bx + \dfrac{c}{x}
a, b et c sont trois nombres réels à déterminer. On note f' la fonction dérivée de la fonction f.
On a représenté la fonction f sur la feuille annexe dans un repère orthonormal (O ; \vec{i},\vec{j}) d'unité graphique 2 cm. On note \mathcal{C} la courbe représentative de cette fonction f.
On note T la tangente à la courbe \mathcal{C} au point d'abscisse 1. La tangente T passe par l'origine O du repère.
La tangente à la courbe \mathcal{C} au point d'abscisse 2 est parallèle à l'axe des abscisses.

Partie A : Recherche de l'expression de f(x)

1. Préciser (sans justifier) les valeurs de f(1), f'(1) et f'(2).

2. Déterminer f'(x), en fonction de la variable x et des nombres réels a, b et c.

3. Exprimer f(1), f'(1) et f'(2) en fonction des nombres réels a, b et c.

4. En utilisant les réponses aux questions 1. et 3., montrer que les nombres réels a, b et c sont solutions du système S suivant :
S : \left \lbrace \begin{array}{r c l} b + c&=&1 \\  a + b - c&=&1 \\  2a + 4b - c&=&0 \\ \end{array}\right.

5. Résoudre le système S. En déduire une expression de f(x).

Partie B : Étude de la fonction f

Dans la suite du problème la fonction f est définie sur l'intervalle ]0 ; \infty[ par :
f(x) = 8\ln x - 3x +\dfrac{4}{x}.

1. Déterminer par calculs la limite de f en + \infty (on peut factoriser f(x) par x).

2. On rappelle que : \displaystyle\lim_{x \to 0} x \ln x = 0.
En écrivant f(x) sous la forme d'une seule fraction, déterminer la limite de f en 0. Interpréter graphiquement ce résultat.

3. Déterminer f'(x) et vérifier que pour tout nombre réel x de l'intervalle ]0 ; \infty[ :
f'(x) = \dfrac{(3x - 2)(2 - x)}{x^2}.
Dresser le tableau de variations complet de la fonction f (justifier avec soin le signe de f'(x)).
Montrer que, sur l'intervalle [4  ; 5] l'équation f(x) = 0 a une unique solution. notée \alpha.
Justifier l'encadrement de la solution \alpha d'amplitude 10-1 suivant :
 4,07 < \alpha < 4,08.


Feuille annexe
bac STI génie mécanique (A et F) génie énergétique génie civil, Antilles Guyane Septembre 2008 - terminale : image 2




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