Fiche de mathématiques
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Bac Tunisie 2024

Série Mathématiques

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Coefficient : 4

Durée : 4 heures


4,5 points

exercice 1

On considère dans   C   l'équation  (E): 2\sqrt{3}z^2 - \left(7-i\sqrt{3}\right)z + 2\sqrt{3}-2i = 0 .

1. a) Vérifier que  \dfrac{2}{\sqrt{3}}  est une solution de  (E) .

b) Déterminer l'autre solution sous forme exponentielle.



2. Le plan est rapporté à un repère orthonormé direct  (O, \overrightarrow u, \overrightarrow v) .

Dans la figure 1 de l'annexe ci-jointe,   \zeta   est le cercle de centre O et de rayon 1 et P est un point de   \zeta   d'affixe   z_p = e^{i\theta}  , où \overset{ { \white{ . } } } { \theta } est un réel de \overset{ { \white{ . } } } { ]-\pi, \pi[\,\backslash \lbrace 0\rbrace . }

a. Construire le point   Q   d'affixe   z_Q = e^{\dfrac{i(\theta - \pi)}{\theta}}  .

b. La tangente à   \zeta   en   Q   coupe la droite (OP) au point M d'affixe   z_M  .

Montrer que   z_M = \dfrac{2}{\sqrt{3}}e^{i\theta}  .

c. Construire le point N d'affixe   z_N = \dfrac{2}{\sqrt{3}}  .

d. Vérifier que les points M et N sont distincts.



3. a. Montrer que   z_M - z_N = \dfrac{4}{\sqrt{3}}\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)e^{\dfrac{i(\theta - \pi)}{2}}  .


b. Montrer que   z_M - z_Q = \dfrac{1}{\sqrt{3}}e^{\dfrac{i(\theta + \pi)}{3}}  .

c. Pour quelle valeur de   \theta  , le triangle MNQ est-il rectangle en M ?





5 points

exercice 2

Le plan est orienté dans le sens direct.

Dans la figure 2 de l'annexe ci-jointe, le triangle ABC est isocèle en A tel que \overset{ { \white{ _. } } } { \widehat{\left(\overrightarrow{AB}, \overrightarrow{AC}\right)} \equiv \dfrac{5\pi}{6} [2\pi], }   J est le milieu du segment [AC], I est le point tel que \overset{ { \white{ _. } } } { \overrightarrow{AC} = \sqrt{2}\,\overrightarrow{ AI} } , et K est le point tel que le triangle AJK est isocèle en A et  \overset{ { \white{ _. } } } { \widehat{\left(\overrightarrow{AJ}, \overrightarrow{AK}\right)} \equiv \dfrac{5\pi}{6}\; [2\pi]. }  

Soit R la rotation de centre A et d'angle  \dfrac{5\pi}{6} , h l'homothétie de centre A et de rapport  \dfrac{\sqrt{2}}{2} 

et S la similitude directe telle que  S(B) = I  et  S(I) = K .

1. Justifier que  h \circ R = R \circ h .

2. a. Déterminer  h \circ R (B) .

b. Vérifier que  h(I) = J .

c. Montrer que  S = h \circ R .

d. En déduire une mesure de l'angle orienté  (IB, IK) .



3. Soit  E = S(K) .

a. Montrer que \overset{ { \white{ } } } { \overset{ { \white{ _. } } } { \widehat{\left(\overrightarrow{KI}, \overrightarrow{KE}\right)} \equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi]. } }

b. Déterminer  S \circ S \circ S(B) . En déduire que les droites (AB) et (AE) sont perpendiculaires.

c. Construire le point E.



4. Soit g la similitude indirecte telle que  g(B) = I  et  g(I) = K . On note  \Omega  le centre de g.

a. Déterminer le rapport de g.

b. Déterminer  g \circ g(B) . En déduire que  \Omega  est le symétrique de B par rapport à K.



5. Soit F le milieu du segment  [I \Omega] .

a. Montrer que  F = g(K) .

b. Justifier que \overset{ { \white{ } } } { \overset{ { \white{ _. } } } { \widehat{\left(\overrightarrow{KI}, \overrightarrow{KE}\right)} \equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi]. } }

c. En déduire que le triangle KEF est équilatéral.





7 points

exercice 3

A/ Soit f la fonction définie sur   ] - 1, + \infty [   par   f(x) = x - (x - 1)\ln(x + 1)  .

On désigne par   (C)   sa courbe représentative dans un repère orthonormé \overset{ { \white{ _. } } } { (O, \vec{i}, \vec{j}) } .

1. a. Montrer que  \displaystyle\lim_{x \to +\infty} f(x) = -\infty \quad \text{et déterminer} \quad \displaystyle\lim_{x \to +\infty} \dfrac{f(x)}{x}.  Interpréter graphiquement.

b. Montrer que la droite d'équation   x = -1   est une asymptote à   (C)  .



2. Montrer que pour tout   x \in ] - 1, + \infty [  ,   f'(x) = \dfrac{2}{x + 1} - \ln(x + 1)  .

3. On donne ci-dessous le tableau de variation de la fonction   f'  .

\begin{array} {|c|cccc|} x & -1 & & +\infty & \\ \hline f' &|| &^{+\infty} \searrow _{-\infty}& & \\ \end{array}

a. Montrer que l'équation   f'(x) = 0   admet dans l'intervalle   ] - 1, + \infty [   une unique solution   \alpha   telle que   1.3 < \alpha < 1.4  .

b. En déduire le signe de   f'(x)  .

c. Dresser le tableau de variation de   f  . (On précisera   f(0)   et   f(1)  ).



4. Tracer la courbe   (C)  , (on prendra   \alpha = 1.35  ).

5. a. Montrer que pour tout   x > -1  ,  \displaystyle\int_{0}^{x} (t-1)\ln(t+1)dt = \dfrac{1}{2}(x^2 - 2x - 3)\ln(x+1) + \dfrac{1}{4}(6x - x^2). 

b. Calculer l'aire   A   de la partie du plan limitée par la courbe   (C)   et les droites d'équations   x = 0, \, x = 1   et   y = 0  .

B/ Pour tout entier   n \geq 2  , on pose  \overset{ { \white{ } } } { a_n =\displaystyle \int_{0}^{1} \Big(f(x)\Big)^n\,\text dx. }  

1. a. Justifier que pour tout   x \in ]-1,1]  ,  f'(x) \geq 1 - \ln 2. 

b. En déduire que pour tout entier   n \geq 2  ,  f(1 - \dfrac{1}{\sqrt{n}}) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}. 



2. a. Montrer que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } { n \geq 2 ,\quad \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n. };

b. Montrer que pour tout entier   n \geq 2  ,  0 \leq a_n \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n + \dfrac{1}{\sqrt{n}}. 

c. Montrer que  \displaystyle\lim_{n \to +\infty} n\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right) = -\infty. 

d. Déterminer  \displaystyle\lim_{n \to +\infty} a_n. 



3,5 points

exercice 4

1. Soit dans   \mathbb{Z}^2   l'équation (E) :   5u - 53v  \equiv 24  .

a. Vérifier que   (26,2)   est une solution de (E).

b. Résoudre dans   \mathbb{Z}^2   l'équation (E).

2. Soit   x \in \mathbb{Z}  .

a. Déterminer les restes modulo 5 de   x^2 - x  .

b. Montrer que   (x - 27)^2 = x^2 - x - 13 \ (\text{mod}\ 53)  .

3. On considère dans   \mathbb{Z}   le système (S):  \begin{cases}     x^2 - x  \equiv 1 \ (\text{mod}\ 5) \\     x^2 - x  \equiv 13 \ (\text{mod}\ 53).     \end{cases} 

a. Montrer que   x   est une solution de (S) si et seulement si, il existe   (u,v) \in \mathbb{Z}^2   tels que \overset{ { \white{ . } } } { \begin{cases} x = 3 + 5u \\ x = 27 + 53v . \end{cases} }

b. Déterminer les solutions du système (S).

4. Déterminer dans   \mathbb{Z}  , les solutions de l'équation   x^2 - x - 66  \equiv 0 \ (\text{mod}\ 265)  .

ANNEXE à rendre avec la copie.


Figure 1
Bac Tunisie 2024 série Mathématiques : image 1


Figure 2
Bac Tunisie 2024 série Mathématiques : image 2






Bac Tunisie 2024 série Mathématiques

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4,5 points

exercice 1

On considère dans  \overset{ { \white{ _. } } } {  \C  }  l'équation  \overset{ { \white{ . } } } {  (E): 2\sqrt{3}z^2 - \left(7-\text i\sqrt{3}\right)z + 2\sqrt{3}-2\text i = 0 . }

1. a)  Vérifions que  \overset{ { \white{ . } } } {  \dfrac{2}{\sqrt{3}}  }  est une solution de  \overset{ { \white{ . } } } { (E).   }

Remplaçons  \overset{ { \white{ . } } } {  z  }  par  \overset{ { \white{ . } } } { \dfrac{2}{\sqrt{3}}   }  dans le membre de gauche de  \overset{ { \white{ . } } } {  (E)   }  et vérifions que la valeur de ce membre est zéro.

 2\sqrt{3}\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right)^2 - \left(7-\text i\sqrt{3}\right)\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right) + 2\sqrt{3}-2\text i =2\sqrt{3}\times\dfrac{4}{3}- \dfrac{14}{\sqrt 3}+2\text i + 2\sqrt{3}-2\text i  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   2\sqrt{3}\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right)^2 - \left(7-\text i\sqrt{3}\right)\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right) + 2\sqrt{3}-2\text i }=\dfrac{8}{\sqrt 3}- \dfrac{14}{\sqrt 3}+ 2\sqrt{3}} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   2\sqrt{3}\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right)^2 - \left(7-\text i\sqrt{3}\right)\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right) + 2\sqrt{3}-2\text i }= -\dfrac{6}{\sqrt 3}+ 2\sqrt{3}} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   2\sqrt{3}\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right)^2 - \left(7-\text i\sqrt{3}\right)\times \left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right) + 2\sqrt{3}-2\text i }=- \dfrac{6\sqrt 3}{ 3}+ 2\sqrt{3}}

\\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{   2\sqrt{3}\times \left(555555\right)^2 - \left(7-\text i\sqrt{3}\right)\times \left(555\right) + 2\sqrt{3}-2\text i }=-2\sqrt{3}+ 2\sqrt{3}} \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{   2\sqrt{3}\times \left(5555\right)^2 - \left(7-\text i\sqrt{3}\right)\times \left(55555\right) + 2\sqrt{3}-2\text i }={\red{0}}} \\ {\white{.}}

D'où  \overset{ { \white{ . } } } {  \dfrac{2}{\sqrt{3}}  }  vérifie l'équation  \overset{ { \white{ . } } } { (E).   }
Par conséquent,  \overset{ { \white{ . } } } {  \dfrac{2}{\sqrt{3}}  }  est une solution de  \overset{ { \white{ . } } } { (E).   }

1. b)  Nous devons déterminer l'autre solution sous forme exponentielle.

Nous savons que si une équation du second degré   \overset{ { \white{  } } } {  az^2+bz+c=0  }  admet deux racines distinctes  \overset{ { \white{ . } } } {  z_1  }  et  \overset{ { \white{ . } } } {  z_2  } , alors le produit de ces racines est  \overset{ { \white{ . } } } {  \boxed{z_1z_2=\dfrac ca}\,.  }

  Dès lors, si  \overset{ { \white{ . } } } { z_1= \dfrac{2}{\sqrt{3}}  }  et  \overset{ { \white{ . } } } {  z_2  }  est l'autre solution de  \overset{ { \white{ . } } } {  (E),  }  alors nous obtenons :

{ \white{ xxi } } \dfrac{2}{\sqrt{3}}\,z_2=\dfrac{2\sqrt 3-2\text i}{2\sqrt 3}\quad\Longleftrightarrow\quad \dfrac{2}{\sqrt{3}}\,z_2=\dfrac{2}{\sqrt{3}}\,\left(\dfrac{\sqrt 3-\text i}{2}\right) \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \dfrac{2}{\sqrt{3}}\,z_2=\dfrac{2\sqrt 3-2\text i}{2\sqrt 3}}\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{z_2=\dfrac{\sqrt 3-\text i}{2}}  }

Écrivons  \overset{ { \white{ . } } } {  z_2  }  sous forme exponentielle.

{ \white{ xxi } } z_2=\dfrac{\sqrt 3-\text i}{2}\quad\Longleftrightarrow\quad z_2=\dfrac{\sqrt 3}{2}-\dfrac{1}{2}\text i \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   z_2=\dfrac{\sqrt 3-\text i}{2}}\quad\Longleftrightarrow\quad z_2=\cos\left(\dfrac{-\pi}{6}\right)+\text i\sin\left(\dfrac{-\pi}{6}\right) } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   z_2=\dfrac{\sqrt 3-\text i}{2}}\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{z_2=\text e^{-\text i\frac{\pi}{6}}}}

2.  Le plan est rapporté à un repère orthonormé direct  \overset{ { \white{ . } } } { (O, \overrightarrow u, \overrightarrow v) .   } 

Dans la figure ci-dessous (voir exercice 2. a),  \overset{ { \white{ . } } } {  \zeta  }  est le cercle de centre  \overset{ { \white{ . } } } {  O  }  et de rayon 1 et  \overset{ { \white{ . } } } {  P  }  est un point de  \overset{ { \white{ . } } } {  \zeta  }  d'affixe  \overset{ { \white{ . } } } {  z_p = e^{i\theta}  ,  }  où  \overset{ { \white{ . } } } {  \theta  }  est un réel de  \overset{ { \white{ . } } } {  ]-\pi, \pi[\,\backslash \lbrace 0\rbrace  .  } 

2. a)   Nous devons construire le point  \overset{ { \white{ . } } } {  Q  }  d'affixe  \underset{ { \white{ \frac12  } } } { z_Q = e^{i\left(\theta - \dfrac{\pi}{6}\right)} .   } 
{ \white{ xxi } } z_Q = e^{\text i\left(\theta - \dfrac{\pi}{6}\right)}  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ z_Q  }  = e^{\text i\theta }  e^{-\text i \dfrac{\pi}{6}}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ z_Q  }  =  e^{-\text i \frac{\pi}{6}}z_P  } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{z_Q=e^{- \text i\,\frac{\pi}{6}}z_P  }

Nous en déduisons que le point  \overset{ { \white{ . } } } { Q   }  est l'image du point  \overset{ { \white{ _. } } } {   P }  par la rotation de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  O  }  et d'angle  \overset{ { \white{ . } } } { -\dfrac{\pi}{6}   } 

D'où la construction du point  \overset{ { \white{ . } } } { Q :   } 

{ \white{ xxi } } \overset{ { \white{ . } } } { \bullet}{\white{w}}OP=OQ=1 \\\overset{ { \phantom{ . } } } { \bullet}{\phantom{w}}\widehat{\left(\overrightarrow{OP},\overrightarrow{OQ}\right)}=-\dfrac{\pi}{6}\;[2\pi]

Bac Tunisie 2024 série Mathématiques : image 6


2. b)   La tangente à  \overset{ { \white{ . } } } {  \zeta  }  en  \overset{ { \white{ . } } } {   Q }  coupe la droite  \overset{ { \white{ . } } } {  (OP)  }  au point  \overset{ { \white{ _. } } } {  M  }  d'affixe  \overset{ { \white{ . } } } {  z_M.  }
Montrons que  \overset{ { \white{ . } } } { z_M = \dfrac{2}{\sqrt{3}}e^{\text i\,\theta}  .   } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Déterminons  \overset{ { \white{ . } } } { |z_M|. } 
Nous devons donc déterminer  \overset{ { \white{ . } } } { OM.   } 

Dans le triangle  \overset{ { \white{ . } } } { OQM   }  rectangle en  \overset{ { \white{ . } } } {  Q,  }  nous avons :

{ \white{ xxi } } \cos\widehat{\left(\overrightarrow{OQ},\overrightarrow{OM}\right)}=\dfrac{OQ}{OM}\quad\Longleftrightarrow\quad \cos\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{1}{OM} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \cos\widehat{\left(\overrightarrow{OQ},\overrightarrow{OM}\right)}=\dfrac{OQ}{OM}}\quad\Longleftrightarrow\quad \dfrac{\sqrt 3}{2}=\dfrac{1}{OM} }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \cos\widehat{\left(\overrightarrow{OQ},\overrightarrow{OM}\right)}=\dfrac{OQ}{OM}}\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{OM=\dfrac{2}{\sqrt 3}} }
D'où,  \overset{ { \white{ . } } } { \boxed{|z_M|=\dfrac{2}{\sqrt 3}} }  } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Déterminons  \overset{ { \white{ . } } } { \arg(z_M). } 

{ \white{ xxi } }\arg(z_M)=\arg(z_P)\quad\Longrightarrow\quad \boxed{\arg(z_M)=\theta\;[2\pi]}

Par conséquent,  \overset{ { \white{ . } } } { \boxed{z_M = \dfrac{2}{\sqrt{3}}e^{\text i\,\theta}}   } 

2. c)   Nous devons construire le point  \overset{ { \white{ _. } } } {  N  }  d'affixe  \overset{ { \white{- } } } {  z_N = \dfrac{2}{\sqrt{3}}   .   } 
Puisque  \overset{ { \white{- } } } {  z_N = \dfrac{2}{\sqrt{3}} }  est un nombre réel, le point  \overset{ { \white{ _. } } } {  N  }  appartient à l'axe réel.
De plus,  \overset{ { \white{ . } } } {  |z_M|=|z_N|.  } 
Dès lors, le point  \overset{ { \white{ _. } } } {  N  }  appartient au cercle de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  O  }  et de rayon  \overset{ { \white{ _. } } } {  OM.  } 

Par conséquent, le point  \overset{ { \white{ _. } } } {  N  }  est le point d'intersection de l'axe réel et du cercle de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  O  }  et de rayon  \overset{ { \white{ _. } } } {  OM.  } 

Voir figure à la question 2. a).


2. d)   Vérifions que les points  \overset{ { \white{ _. } } } {  M  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  N  }  sont distincts.

Rappelons que  \overset{ { \white{ . } } } {  \begin{cases} z_M = \dfrac{2}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\\\overset{ { \white{ . } } } {    z_N = \dfrac{2}{\sqrt{3}}  }\end{cases}  } 

De plus,  \overset{ { \white{ . } } } {  \theta  }  n'est pas un multiple de  \overset{ { \white{ . } } } { 2\pi   }  car    \overset{ { \white{ . } } } {  \theta  }  est un réel de  \overset{ { \white{ . } } } {  ]-\pi, \pi[\,\backslash \lbrace 0\rbrace  .  } 
Il s'ensuit que  \overset{ { \white{ . } } } { e^{\text i\,\theta}\neq 1.   } 
Dès lors,  \overset{ { \white{ . } } } { z_M\neq z_N.   } 

Nous en déduisons que les points  \overset{ { \white{ _. } } } {  M  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  N  }  sont distincts.

3. a)  Montrons que  \underset{ { \white{ \frac23 } } } { z_M - z_N = \dfrac{4}{\sqrt{3}}\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\text e^{\text i\left(\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{\pi}{2}\right)}  .   } 

{ \white{ xxi } }  z_M - z_N = \dfrac{2}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}- \dfrac{2}{\sqrt{3}}  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_N  }= \dfrac{2}{\sqrt{3}}\left(\text e^{\text i\,\theta}-1\right)  }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_N  }= \dfrac{2}{\sqrt{3}}\left(\cos\theta+\text i\sin\theta-1\right)  }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_N  }= \dfrac{2}{\sqrt{3}}\left(-2\sin^2\left(\dfrac{\theta}{2}\right)+2\text i\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\cos\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\right)  }\quad \text{car}\quad\begin{cases} 1-\cos\theta=2\sin^2\dfrac{\theta}{2}\\\overset{ { \phantom{ . } } } {    \sin\theta=2\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\cos\left(\dfrac{\theta}{2}\right)}    \end{cases}

{ \white{ xxi } } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_N  }= \dfrac{4}{\sqrt{3}}\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\left(-\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)+\text i\cos\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\right)  }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_N  }= \dfrac{4}{\sqrt{3}}\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\left(\cos\left(\dfrac{\theta}{2}+\dfrac{\pi}{2}\right)+\text i\sin\left(\dfrac{\theta}{2}+\dfrac{\pi}{2}\right)\right)  }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_N  }= \dfrac{4}{\sqrt{3}}\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\text e^{\text i\left(\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{\pi}{2}\right)} }  \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{ z_M - z_N = \dfrac{4}{\sqrt{3}}\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\text e^{\text i\left(\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{\pi}{2}\right)}}

3. b)  Montrons que  \underset{ { \white{ ' } } }  { z_M - z_Q = \dfrac{1}{\sqrt{3}}e^{i\left(\theta + \dfrac{\pi}{3}\right)}  .   } 

{ \white{ xxi } } z_M - z_Q = \dfrac{2}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}-\text  e^{i\left(\theta - \dfrac{\pi}{6}\right)}  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{2}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}- \text e^{\text i\,\theta}\text e^{i\left(- \dfrac{\pi}{6}\right)} }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{1}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\left(2-\sqrt 3\,\text e^{i\left( -\dfrac{\pi}{6}\right)} \right)}  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{1}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\left[2-\sqrt 3\,\left(\cos(-\dfrac{\pi}{6})+\text i\sin(-\dfrac{\pi}{6})\right) \right]}  \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{1}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\left[2-\sqrt 3\,\left(\dfrac{\sqrt 3}{2}-\dfrac 12\text i\right) \right]}

{ \white{ xxi } }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{1}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\left[2-\dfrac 32+\text i\dfrac{\sqrt 3}{2} \right]}  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{1}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\left[\dfrac 12+\text i\dfrac{\sqrt 3}{2} \right]}  \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{1}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\left[\cos\dfrac\pi 3+\text i\sin\dfrac \pi 3\right]}  \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }=  \dfrac{1}{\sqrt{3}}\text e^{\text i\,\theta}\text e^{\text  i\,\frac{\pi}{3}}} \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{    z_M - z_Q  }= \dfrac{1}{\sqrt{3}}e^{i\left(\theta + \dfrac{\pi}{3}\right)}} \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{z_M - z_Q  = \dfrac{1}{\sqrt{3}}e^{i\left(\theta + \dfrac{\pi}{3}\right)}}

3. c)  Nous devons déterminer pour quelle valeur de  \overset{ { \white{ . } } } {  \theta  }  le triangle  \overset{ { \white{ . } } } {  MNQ  }  est rectangle en  \overset{ { \white{ _. } } } {  M.  } 

Nous remarquons que  \overset{ { \white{ . } } } { \overrightarrow{QM}\neq\overrightarrow{0}   } 

{ \white{ xxi } }car  \underset{ { \white{ ' } } } { z_M - z_Q = \dfrac{1}{\sqrt{3}}e^{i\left(\theta + \dfrac{\pi}{3}\right)} \quad\Longrightarrow\quad |z_M-z_Q|= \dfrac{1}{\sqrt{3}}\phantom{i}{\red{\neq 0}}.   } 

Soit  \overset{ { \white{ \frac 23 } } } {  z_{\overrightarrow{NM}}  }  et  \overset{ { \white{ \frac 23 } } } {  z_{\overrightarrow{QM}}  }  les affixes respectives des vecteurs  \overset{ { \white{  } } } {  \overrightarrow{NM}  }  et  \overset{ { \white{  } } } {  \overrightarrow{QM}  } .

Alors, le triangle  \overset{ { \white{ . } } } {MNQ    }  est rectangle en M si et seulement si  \overset{ { \white{ . } } } { \left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)\equiv\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]\,.   } 

{ \white{ xxi } } \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]\quad\Longleftrightarrow\quad \arg\left(\dfrac{z_{\overrightarrow{NM}}}{z_{\overrightarrow{QM}}}\right)\equiv\dfrac{\pi}{2}\,[\pi]  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad \dfrac{z_{\overrightarrow{NM}}}{z_{\overrightarrow{QM}}}\in\text i\R^*   } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad \dfrac{z_M-z_N}{z_M-z_Q}\in\text i\R^*   }
{ \white{ xxi } }.\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad \dfrac{\dfrac{4}{\sqrt{3}}\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\text e^{\text i\left(\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{\pi}{2}\right)}}{\dfrac{1}{\sqrt{3}}e^{i\left(\theta + \dfrac{\pi}{3}\right)}}\in\text i\R^*   }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad 4\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\text e^{\text i\left(\dfrac{\theta}{2} + \dfrac{\pi}{2}-\theta-\dfrac{\pi}{3}\right)}\in\text i\R^*   } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad 4\sin\left(\dfrac{\theta}{2}\right)\text e^{\text i\left(-\dfrac{\theta}{2} +\dfrac{\pi}{6}\right)}\in\text i\R^*   }

{ \white{ xxi } }   .\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad -\dfrac{\theta}{2} +\dfrac{\pi}{6}\equiv\dfrac{\pi}{2} \;[\pi] }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad -\dfrac{\theta}{2} \equiv\dfrac{\pi}{2}-\dfrac{\pi}{6} \;[\pi] }   \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad -\dfrac{\theta}{2} \equiv \dfrac{\pi}{3} \;[\pi] }  \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{   \text{Or }\quad\left(\overrightarrow{MQ},\overrightarrow{MN}\right)=\dfrac{\pi}{2}\;[\pi]}\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{\theta \equiv -\dfrac{2\pi}{3} \;[2\pi] } }

Rappelons que  \overset{ { \white{ . } } } { \theta\in\; ]-\pi, \pi[\,\backslash \lbrace 0\rbrace  .  } 
Par conséquent, le triangle  \overset{ { \white{ . } } } {  MNQ  }  est rectangle en  \overset{ { \white{ _. } } } {  M  } si et seulement si  \overset{ { \white{ . } } } {\boxed{\theta = -\dfrac{2\pi}{3} }   } 

5 points

exercice 2

Soit le triangle  \overset{ { \white{ _. } } } {  ABC  }  isocèle en  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  tel que  \overset{ { \white{ _. } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{AB}, \overrightarrow{AC}\right)} \equiv \dfrac{5\pi}{6} [2\pi],  }   \overset{ { \white{ _. } } } {  J  }  est le milieu du segment  \overset{ { \white{ _. } } } { [AC],   }   \overset{ { \white{ _. } } } {   I }  est le point tel que  \overset{ { \white{ _. } } } { \overrightarrow{AC} = \sqrt{2}\,\overrightarrow{ AI}    }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  K  }  est le point tel que le triangle  \overset{ { \white{ _. } } } {  AJK  }  est isocèle en  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{AJ}, \overrightarrow{AK}\right)} \equiv \dfrac{5\pi}{6}\; [2\pi].   } 

Soit  \overset{ { \white{ _. } } } {  R  }  la rotation de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  et d'angle  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{5\pi}{6} ,  }   \overset{ { \white{ _. } } } {  h  }  l'homothétie de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  et de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } {  \dfrac{\sqrt{2}}{2}  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {   S }  la similitude directe telle que  \overset{ { \white{ _. } } } {  S(B) = I  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  S(I) = K .  } 

1.  Nous devons justifier que  \overset{ { \white{ _. } } } { h \circ R = R \circ h .   } 

En effet,  \overset{ { \white{ _. } } } { h \circ R = R \circ h    }  car l'homothétie  \overset{ { \white{ _. } } } {  h  } et la rotation  \overset{ { \white{ _. } } } { r   }  ont le même centre  \overset{ { \white{ _. } } } { A.   } 

2. a)  Nous devons déterminer  \overset{ { \white{ _. } } } { h \circ R (B) .   } 

D'une part, nous avons :

{ \white{ xxi } } \begin{cases}AB=AC\\\widehat{\left(\overrightarrow{AB}, \overrightarrow{AC}\right)} \equiv \dfrac{5\pi}{6} [2\pi]  \end{cases} \quad\Longrightarrow\quad \boxed{R(B)=C}

D'autre part,

{ \white{ xxi } } \overrightarrow{AC} = \sqrt{2}\,\overrightarrow{ AI} \quad\Longrightarrow\quad \overrightarrow{AI} = \dfrac{1}{\sqrt{2}}\,\overrightarrow{ AC} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \overrightarrow{AC} = \sqrt{2}\,\overrightarrow{ AI} }\quad\Longrightarrow\quad \overrightarrow{AI} = \dfrac{\sqrt{2}}{2}\,\overrightarrow{ AC}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \overrightarrow{AC} = \sqrt{2}\,\overrightarrow{ AI} }\quad\Longrightarrow\quad \boxed{h(C)=I} }

Nous en déduisons que :

{ \white{ xxi } }  h \circ R (B)=h(R(B)) \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   h \circ R (B)}=h(C)  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   h \circ R (B)}=I } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{h \circ R (B)=I}

2. b)  Nous devons vérifier que  \overset{ { \white{ _. } } } {  h(I) = J .  } 

En effet,

{ \white{ xxi } } \overrightarrow{AJ}=\dfrac 12\,\overrightarrow{AC} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \overrightarrow{AJ}}=\dfrac 12\,\sqrt{2}\,\overrightarrow{ AI} } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \overrightarrow{AJ}}=\dfrac {\sqrt 2}{2}\,\overrightarrow{ AI} } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{h(I)=J}

2. c)  Nous devons montrer que  \overset{ { \white{ _. } } } {  S = h \circ R .  } 

Considérons les deux points distincts  \overset{ { \white{ _. } } } { B   }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  I. } 

  \overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}\begin{cases}  S(B)=I\\h\circ R(B)=I  \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \boxed{S(B)=h\circ R(B)}

\overset{ { \phantom{ . } } }{\bullet}{\white{x}}\begin{cases}  S(I)=K\\h\circ R(I)=R\circ h(I)  \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{    h\circ R(I)}=R(J)}\\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{    h\circ R(I)}=K}\end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \boxed{S(I)=h\circ R(I)}   } 

Dès lors, puisque les similitudes directes  \overset{ { \white{ _. } } } {  S  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } { h\circ R   }  coïncident sur deux points distincts, nous en déduisons que  \overset{ { \white{ _. } } } {\boxed{S=h\circ R}    } 

2. d)  Nous devons en déduire une mesure de l'angle orienté  \overset{ { \white{ _. } } } {  \left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right).  } 

Nous savons que  \overset{ { \white{ _. } } } {  R  }  est la rotation de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  et d'angle  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{5\pi}{6} ,  }  que  \overset{ { \white{ _. } } } {  h  }  est l'homothétie de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  et de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } {  \dfrac{\sqrt{2}}{2}  }  et que  \overset{ { \white{ _. } } } {   S=h\circ R } 

Donc  \overset{ { \white{ _. } } } {  S  }  est la similitude directe de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A,  }  de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{\sqrt 2}{2}   }  et d'angle  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{5\pi}{6}.   } 

Nous en déduisons que :

{ \white{ xxi } } \begin{cases} S(B)=I\\S(I)=K   \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \widehat{\left(\overrightarrow{BI},\overrightarrow{IK}\right)}\equiv \dfrac{5\pi}{6} \;[2\pi]  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    \begin{cases} S(B)=I\\S(I)=K   \end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \pi+\widehat{\left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right)}\equiv \dfrac{5\pi}{6} \;[2\pi]  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    \begin{cases} S(B)=I\\S(I)=K   \end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \widehat{\left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right)}\equiv \dfrac{5\pi}{6}-\pi \;[2\pi]  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    \begin{cases} S(B)=I\\S(I)=K   \end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \boxed{ \widehat{\left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right)}\equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi] } }

3.  Soit  \overset{ { \white{ . } } } {  E = S(K) .  } 

3. a)  Montrons que  \overset{ { \white{  } } } { \overset{ { \white{ _. } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{KI}, \overrightarrow{KE}\right)} \equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi].  }   } 

Nous avons montré dans la question précédente que  \overset{ { \white{ _. } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right)}\equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi]     } 

Or  \overset{ { \white{ _. } } } {  S(I)=K ,\quad S(B)=I,\quad S(K)=E. } 
De plus, la similitude directe \overset{ { \white{ _. } } } {  S  }  conserve les mesures des angles orientés.

D'où  \overset{ { \white{  } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{KI}, \overrightarrow{KE}\right)} \equiv \widehat{\left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right)}\;[2\pi]\equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi] }   

Par conséquent,  \overset{ { \white{ } } } { \boxed{\overset{ { \white{ _. } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{KI}, \overrightarrow{KE}\right)} \equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi] }}   } 

3. b)  Nous devons déterminer  \overset{ { \white{ _. } } } {  S \circ S \circ S(B)  }  et en déduire que les droites  \overset{ { \white{ _. } } } {  (AB)   }  et  \overset{ { \white{ _. } } } { (AE)   }  sont perpendiculaires.

{ \white{ xxi } } S\circ S\circ S(B)=S\circ S(I)\quad\text{car }S(B)=I \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   S\circ S\circ S(B)}=S(K)\quad\text{car }S(I)=K  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   S\circ S\circ S(B)}=E\quad\text{car }S(K)=E  } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{S\circ S\circ S(B)=E}

Nous devons en déduire que les droites  \overset{ { \white{ _. } } } {  (AB)   }  et  \overset{ { \white{ _. } } } { (AE)   }  sont perpendiculaires.

Nous avons montré dans la question 2. c) que  \overset{ { \white{ _. } } } { S=h\circ R   }  qui est la forme réduite de la similitude directe de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A,  }  de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{\sqrt 2}{2}   }  et d'angle  \overset{ { \white{ _. } } } {  \dfrac{5\pi}{6}.  } 
Dès lors,  \overset{ { \white{ _. } } } { S\circ S\circ S   }  est une similitude directe de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  et d'angle  \overset{ { \white{ _. } } } { 3\times\dfrac{5\pi}{6},  }  soit d'angle  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{\pi}{2}.   } 
De plus, nous avons montré que  \overset{ { \white{ _. } } } {  S\circ S\circ S(B)=E.  } 

Nous en déduisons que  \overset{ { \white{ } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{AB}, \overrightarrow{AE}\right)}\equiv \dfrac{\pi}{2} \;[2\pi] .   } 

Par conséquent, les droites  \overset{ { \white{ _. } } } {  (AB)   }  et  \overset{ { \white{ _. } } } { (AE)   }  sont perpendiculaires.

3. c)  Nous pouvons construire le point  \overset{ { \white{ _. } } } {  E  }  en utilisant les réponses aux questions 3. a) et 3. b).

Bac Tunisie 2024 série Mathématiques : image 4


4.  Soit  \overset{ { \white{ O. } } } {  g  }  la similitude indirecte telle que  \overset{ { \white{ . } } } {  g(B) = I   }  et  \overset{ { \white{ . } } } {  g(I) = K .  }   On note  \overset{ { \white{ _. } } } {   \Omega }  le centre de  \overset{ { \white{ o. } } } { g.   } 

4. a)  Déterminons le rapport de  \overset{ { \white{ o. } } } {  g.  } 

Par définition, nous savons que  \overset{ { \white{ _. } } } {   S }  est la similitude directe telle que  \overset{ { \white{ _. } } } {  S(B) = I  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  S(I) = K .  } 

Nous avons également montré dans la question 2. d) que  \overset{ { \white{ _. } } } {  S  }  est la similitude directe de centre  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  et de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{\sqrt 2}{2} ,  }  ce qui signifie que  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{IK}{BI}=\dfrac{\sqrt 2}{2}.   } 
Par conséquent, le rapport de  \overset{ { \white{ o. } } } {  g  }  est égal au rapport de  \overset{ { \white{ _. } } } {   S, }  soit à  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{IK}{BI}=\dfrac{\sqrt 2}{2}.   } 

4. b)  Nous devons déterminer  \overset{ { \white{ _. } } } {  g \circ g(B)  }  et en déduire que  \overset{ { \white{ _. } } } {  \Omega  }  est le symétrique de  \overset{ { \white{ _. } } } {  B  }  par rapport à  \overset{ { \white{ _. } } } {  K.  } 

{ \white{ xxi } } g \circ g(B)=g(I)=K\quad\Longrightarrow\quad \boxed{g \circ g(B)=K}

De plus,  \overset{ { \white{ _. } } } {  g\circ g  }  est la composée de deux similitudes indirectes de centre  \overset{ { \white{ _. } } } { \Omega   }  et de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{\sqrt 2}{2}   } 
Il s'ensuit que  \overset{ { \white{ _. } } } {  g\circ g  }  est une similitude directe de centre  \overset{ { \white{ _. } } } { \Omega   }  et de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } { \left(\dfrac{\sqrt 2}{2}\right)^2=\dfrac 12.   } 
D'où  \overset{ { \white{ _. } } } { g \circ g(B)=K\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{\overrightarrow{\Omega K}=\dfrac 12\, \overrightarrow{\Omega B}}   } 

Cela signifie que le point  \overset{ { \white{ _. } } } {  K  }  est le milieu du segment  \overset{ { \white{ _. } } } {  [\Omega B].  } 
Par conséquent,  \overset{ { \white{ _. } } } {  \Omega  }  est le symétrique de  \overset{ { \white{ _. } } } {  B  }  par rapport à  \overset{ { \white{ _. } } } {  K.  } 

5.  Soit  \overset{ { \white{ _. } } } {  F  }  le milieu du segment  \overset{ { \white{ _. } } } { [I \Omega] .   } 

5. a)  Montrons que  \overset{ { \white{ _. } } } {  F = g(K) .  } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}D'une part, nous savons que  \overset{ { \white{ _. } } } {  F  }  est le milieu du segment  \overset{ { \white{ _. } } } { [I \Omega] .   } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}D'autre part, nous avons montré dans la question précédente que le point  \overset{ { \white{ _. } } } {  K  }  est le milieu du segment  \overset{ { \white{ _. } } } {  [\Omega B].  } 
Puisqu'une similitude conserve les milieux, nous en déduisons que  \overset{ { \white{ _. } } } {  g(K)  }  est le milieu du segment  \overset{ { \white{ _. } } } {  [g(\Omega)\, g(B)].  } 
Autrement dit,  \overset{ { \white{ _. } } } {  g(K)  }  est le milieu du segment  \overset{ { \white{ _. } } } {  [\Omega I].  } 

Le milieu de  \overset{ { \white{ _. } } } {  [\Omega I]  }  étant unique, nous en déduisons que  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{ F = g(K)}\, .  } 

5. b)  Nous devons justifier que  \overset{ { \white{  } } } {  \overset{ { \white{ _. } } } { \widehat{\left(\overrightarrow{KI},\overrightarrow{KF}\right)}\equiv \dfrac{\pi}{6} \;[2\pi]. }    } 

Nous avons montré dans la question 2. d) que  \overset{ { \white{ _. } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right)}\equiv -\dfrac{\pi}{6} \;[2\pi]     } 

Or  \overset{ { \white{ _. } } } {  g(I)=K ,\quad g(B)=I,\quad g(K)=F. } 
De plus, la similitude indirecte \overset{ { \white{ _. } } } {  g  }  transforme tout angle en son opposé.

D'où  \overset{ { \white{  } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{KI}, \overrightarrow{KF}\right)} \equiv -\widehat{\left(\overrightarrow{IB},\overrightarrow{IK}\right)}\;[2\pi]\equiv \dfrac{\pi}{6} \;[2\pi] }   

Par conséquent,  \overset{ { \white{ } } } { \boxed{\overset{ { \white{ _. } } } {  \widehat{\left(\overrightarrow{KI}, \overrightarrow{KF}\right)} \equiv \dfrac{\pi}{6} \;[2\pi] }}   } 

5. c)  Nous devons en déduire que le triangle  \overset{ { \white{ _. } } } { KEF   }  est équilatéral.

Si un triangle est isocèle et possède un angle dont la mesure en radians est  \overset{ { \white{ _. } } } {  \dfrac{\pi}{3}  } , alors ce triangle est équilatéral.

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Montrons que le triangle  \overset{ { \white{ _. } } } { KEF   }  est isocèle de sommet principal  \overset{ { \white{ _. } } } {  K.  } 

Nous savons que  \overset{ { \white{ _. } } } {  S  }  et  \overset{ { \white{ O. } } } {   g }  sont deux similitudes de rapport  \overset{ { \white{ _. } } } { \dfrac{\sqrt 2}{2}.   } 

{ \white{ xxi } } \begin{cases} S(I)=K\\S(K)=E   \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \dfrac{KE}{IK}=\dfrac{\sqrt 2}{2} \\\\ \begin{cases} g(I)=K\\g(K)=F   \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \dfrac{KF}{IK}=\dfrac{\sqrt 2}{2}

Dès lors,  \overset{ { \white{ _. } } } {  \dfrac{KE}{IK}=\dfrac{KF}{IK} , }  et par suite,  \overset{ { \white{ _. } } } {\boxed{KE=KF.}    } 

Par conséquent, le triangle  \overset{ { \white{ _. } } } { KEF   }  est isocèle de sommet principal  \overset{ { \white{ _. } } } {  K.  } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Montrons que  \overset{ { \white{ _. } } } { \widehat{\left(\overrightarrow{KE},\overrightarrow{KF}\right)}\equiv \dfrac{\pi}{3} \;[2\pi] .   } 

Utilisons les résultats des questions 3. a) et 5. b).

{ \white{ xxi } }  \widehat{\left(\overrightarrow{KE},\overrightarrow{KF}\right)}\equiv \widehat{\left(\overrightarrow{KE},\overrightarrow{KI}\right)}+\widehat{\left(\overrightarrow{KI},\overrightarrow{KF}\right)} \;[2\pi]  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \widehat{\left(\overrightarrow{KE},\overrightarrow{KF}\right)}}\equiv  \dfrac{\pi}{6}+ \dfrac{\pi}{6}\;[2\pi]   } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \widehat{\left(\overrightarrow{KE},\overrightarrow{KF}\right)}}\equiv  \dfrac{\pi}{3}\;[2\pi]   } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{\widehat{\left(\overrightarrow{KE},\overrightarrow{KF}\right)}\equiv \dfrac{\pi}{3}\;[2\pi]   }

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Nous avons montré que le triangle  \overset{ { \white{ _. } } } { KEF   }  est isocèle et possède un angle dont la mesure en radians est  \overset{ { \white{ _. } } } {  \dfrac{\pi}{3}  } .
Par conséquent, le triangle  \overset{ { \white{ _. } } } { KEF   }  est équilatéral.

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7 points

exercice 3

Partie A

Soit  \overset{ { \white{ _. } } } { f   }  la fonction définie sur  \overset{ { \white{ _. } } } {  ] - 1, + \infty [  }  par  \overset{ { \white{ _. } } } {  f(x) = x - (x - 1)\ln(x + 1)  .  } 

On désigne par  \overset{ { \white{ _. } } } { (C)   }  sa courbe représentative dans un repère orthonormé  \overset{ { \white{ _. } } } { (O, \vec{i}, \vec{j})  .   } 

1. a)  Nous devons montrer que  \overset{ { \white{ W } } } {  \displaystyle\lim_{x \to +\infty} f(x) = -\infty}  et déterminer  \overset{ { \white{  } } } {\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \dfrac{f(x)}{x},  }  puis interpréter graphiquement.

Pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } { x>0, \quad f(x) = x - (x - 1)\ln(x + 1)\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{f(x) = x\Bigg(1 - \left(1 - \dfrac 1x\right)\ln(x + 1)\Bigg)}} 

{ \white{ xxi } } \begin{cases}\lim\limits_{x \to +\infty}\dfrac 1x =0 \\\lim\limits_{x \to +\infty} \ln(x+1)=+\infty\end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \begin{cases}\lim\limits_{x \to +\infty}\left(1-\dfrac 1x\right) =1 \\\lim\limits_{x \to +\infty} \ln(x+1)=+\infty\end{cases} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \begin{cases}\lim\limits_{x \to +\infty}\dfrac 1x =0 \\\lim\limits_{x \to +\infty} \ln(x+1)=+\infty\end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \lim\limits_{x \to +\infty}\left(1-\dfrac 1x\right) \ln(x+1)=+\infty } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \begin{cases}\lim\limits_{x \to +\infty}\dfrac 1x =0 \\\lim\limits_{x \to +\infty} \ln(x+1)=+\infty\end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \lim\limits_{x \to +\infty}\Bigg(1 - \left(1 - \dfrac 1x\right)\ln(x + 1)\Bigg)=-\infty }

{ \white{ xxi } } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \begin{cases}\lim\limits_{x \to +\infty}\dfrac 1x =0 \\\lim\limits_{x \to +\infty} \ln(x+1)=+\infty\end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \lim\limits_{x \to +\infty}x\Bigg(1 - \left(1 - \dfrac 1x\right)\ln(x + 1)\Bigg)=-\infty} \\\\\Longrightarrow\quad \boxed{\lim\limits_{x \to +\infty}f(x)=-\infty}

De plus,

{ \white{ xxi } }\overset{ { \white{ _. } } } {    \lim\limits_{x \to +\infty}\dfrac{f(x)}{x}=\lim\limits_{x \to +\infty}\Bigg(1 - \left(1 - \dfrac 1x\right)\ln(x + 1)\Bigg)=-\infty }    (voir ci-dessus).

D'où  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{\lim\limits_{x \to +\infty}\dfrac{f(x)}{x}=-\infty}   } 

Nous en déduisons que la courbe  \overset{ { \white{ _. } } } { (C)   }  admet une branche parabolique de direction l'axe des ordonnées au voisinage de  \overset{ { \white{ _. } } } { +\infty.   } 

1. b)  Montrons que la droite d'équation  \overset{ { \white{ _. } } } { x=-1   }  est une asymptote à  \overset{ { \white{ _. } } } { (C)  . } 

Calculons  \overset{ { \white{ \frac12 } } } { \lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}f(x).  } 

{ \white{ xxi } } \begin{cases}\lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}(x+1) =0^+\\\lim\limits_{X \to 0^+} \ln X=-\infty\end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}\ln(x+1) =-\infty\\\\ \begin{cases}\lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}\ln(x+1) =-\infty\\\lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}-(x-1)=2\end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}-(x-1)\ln(x+1) =-\infty \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \begin{cases}\lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}\ln(x+1) =-\infty\\\lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}-(x-1)=2\end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}\Big(x-(x-1)\ln(x+1)\Big) =-\infty  }

D'où  \overset{ { \white{ \frac12 } } } { \boxed{\lim\limits_{\substack{x\to -1 \\ x > -1 }}f(x)=-\infty}  } 
Par conséquent, la droite d'équation  \overset{ { \white{ _. } } } { x=-1   }  est une asymptote à  \overset{ { \white{ _. } } } { (C)  . } 

2.  Montrons que pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {    x \in\, ] - 1, + \infty [  , \quad   f'(x) = \dfrac{2}{x + 1} - \ln(x + 1)  . } 

{ \white{ xxi } } f'(x) = \Big(x - (x - 1)\ln(x + 1)\Big)' \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)   } = 1 -\left[ (x - 1)'\times \ln(x + 1)+(x - 1)\times\Big(\ln(x + 1)\Big)'\right] } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)   } = 1 -\left[1\times \ln(x + 1)+(x - 1)\times\dfrac{1}{x+1}\right] } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)   } = 1 -\ln(x + 1)-\dfrac{x-1}{x+1} }

{ \white{ xxi } }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)   } = 1-\dfrac{x-1}{x+1} -\ln(x + 1) } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)   } = \dfrac{x+1-x+1}{x+1} -\ln(x + 1) } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)   } = \dfrac{2}{x+1} -\ln(x + 1) }   \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{\forall\,x\in\,]-1,+\infty[,\quad f'(x)= \dfrac{2}{x+1} -\ln(x + 1) }

3.  On donne ci-dessous le tableau de variation de la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } { f'.   } 

{ \white{ WWWWW } }
Bac Tunisie 2024 série Mathématiques : image 8


3. a)  Nous devons montrer que l'équation  \overset{ { \white{ . } } } {  f'(x) = 0   }  admet dans l'intervalle  \overset{ { \white{ . } } } { ] - 1, + \infty [  }  une unique solution  \overset{ { \white{ . } } } { \alpha   }  telle que  \overset{ { \white{ _. } } } {  1.3 < \alpha < 1.4  .  } 

La fonction  \overset{ { \white{ . } } } {  f'  }  est continue et strictement décroissante sur l'intervalle  \overset{ { \white{ . } } } { ] - 1, + \infty [ . } 
Elle réalise donc une bijection de  \overset{ { \white{ . } } } { ] - 1, + \infty [  }  sur  \overset{ { \white{ . } } } {  f'\Big(] - 1, + \infty [\Big)=\R.  } 

Puisque  \overset{ { \white{ . } } } { 0\in\R,   }  l'équation  \overset{ { \white{ . } } } { f'(x)=0   }  admet une unique solution   \overset{ { \white{ . } } } { \alpha .  } 

De plus, nous avons :

 { \white{ xxi } }   \begin{cases}  f'(1,3) =\dfrac{2}{1,3+1} -\ln(1,3+1)\approx 0,037{\white{x}}{\red{>0}}\\f'(1,4) =\dfrac{2}{1,4+1} -\ln(1,4+1)\approx -0,042{\white{x}}{\red{<0}}  \end{cases}

D'où l'équation   \overset{ { \white{ . } } } {  f'(x) = 0  }  admet une unique solution   \overset{ { \white{ . } } } { \alpha   }  telle que   \overset{ { \white{ . } } } {  1,3 < \alpha < 1,4 .} 

3. b)  Nous devons en déduire le signe de   \overset{ { \white{ . } } } {  f'(x)  }  suivant les valeurs de   \overset{ { \white{ . } } } {  x.  } 

Complétons le tableau de variation de  \overset{ { \white{ . } } } {   f'. } 

 {\white{WWWWWWWW}}
Bac Tunisie 2024 série Mathématiques : image 7


Nous pouvons en déduire le signe de   \overset{ { \white{ . } } } {  f'(x)  }  suivant les valeurs de   \overset{ { \white{ . } } } {  x.  } 

 { \white{ xxi } }  \overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}  \overset{ { \white{ . } } } {  f'(x)>0  }  si  \overset{ { \white{ . } } } { x\in\;]-1,\alpha[  } 
 { \white{ xxi } }  \overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}  \overset{ { \white{ . } } } {  f'(x)<0  }  si  \overset{ { \white{ . } } } { x\in\;]\alpha,+\infty[  } 
 { \white{ xxi } }  \overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}  \overset{ { \white{ . } } } {  f'(x)=0  }  si  \overset{ { \white{ . } } } { x=\alpha.  } 

3. c)  Dressons le tableau de variation de  \overset{ { \white{ _. } } } {  f.  }  (On précisera  \overset{ { \white{ _. } } } {f(0)    }  et  \overset{ { \white{ _. } } } {  f(1)  }  ) .

 {\white{WWWWWWWW}}\begin{array}{|c|ccccc|}\hline &&&&&\\x&-1&&\alpha&&+\infty\\ &&&&& \\\hline&||\phantom{WW}&&&&\\f'(x)&||\phantom{WW}&+&0&-&\\&||\phantom{WW}&&&&\\\hline&||\phantom{WW}&&f(\alpha)&&\\f&||\phantom{WW}&\nearrow&&\searrow&\\&||-\infty&&&&-\infty\\\hline \end{array}

{ \white{ xxi } } f(0)=0- (0 - 1)\ln(0 + 1)=-\ln 1=0\quad\Longrightarrow\quad \boxed{f(0)=0}\\\\ f(1)=1- (1 - 1)\ln(1 + 1)=1-0=1\quad\Longrightarrow\quad \boxed{f(1)=1}

4.  Traçons la courbe  \overset{ { \white{ _. } } } {  (C).  } 

Bac Tunisie 2024 série Mathématiques : image 3


5. a)  Montrons que pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {  x > -1 , \quad  \displaystyle\int_{0}^{x} (t-1)\ln(t+1)\,\text dt = \dfrac{1}{2}(x^2 - 2x - 3)\ln(x+1) + \dfrac{1}{4}(6x - x^2).    } 

Pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {  x>-1,  }  calculons  \overset{ { \white{ _. } } } {  \displaystyle\int_{0}^{x} (t-1)\ln(t+1)\,\text dt  }  { \white{ xxi } }  \underline{\text{Formule de l'intégrale par parties}}\ :\ {\blue{\displaystyle\int_0^{x}u(t)v'(t)\,\text{d}t=\left[\overset{}{u(t)v(t)}\right]\limits_0^{x}- \displaystyle\int\limits_0^{x}u'(t)v(t)\,\text{d}t}}.  \\ \\ \left\lbrace\begin{matrix}u(t)=\ln(t+1)\quad\Longrightarrow\quad u'(t)=\dfrac{1}{t+1} \\\\v'(t)=t-1\phantom{}\quad\Longrightarrow\quad v(t)=\dfrac12t^2-t-\dfrac32\end{matrix}\right.

{ \white{ xxi } } \text{Dès lors }\;\overset{ { \white{ . } } } {\displaystyle\int_{0}^{x} (t-1)\ln(t+1)\,\text dt=\left[\left(\dfrac12t^2-t-\dfrac32\right)\ln(t+1)\right]_0^{x}-\displaystyle\int_0^{x}\dfrac{1}{t+1}\times\left(\dfrac12t^2-t-\dfrac32\right)\,\text{d}t}  \\\overset{ { \white{ . } } } {\phantom{WWWWWWWWiWWW}=\dfrac 12\left[\overset{}{(t^2-2t-3)\ln(t+1)}\right]_0^{x}-\dfrac 12\displaystyle\int_0^{x}\dfrac{t^2-2t-3}{t+1}\,\text{d}t} \\\overset{ { \phantom{ . } } } {\phantom{WWWWWWWWiWWW}=\dfrac 12\left[\overset{}{(t^2-2t-3)\ln(t+1)}\right]_0^{x}-\dfrac 12\displaystyle\int_0^{x}\dfrac{(t+1)(t-3)}{t+1}\,\text{d}t} \\\overset{ { \phantom{ . } } } {\phantom{WWWWWWWWiWWW}=\dfrac 12\left[\overset{}{(t^2-2t-3)\ln(t+1)}\right]_0^{x}-\dfrac 12\displaystyle\int_0^{x}(t-3)\,\text{d}t} \\\overset{ { \white{ . } } } {\phantom{WWWWWWWWiWWW}=\dfrac 12\left[\overset{}{(t^2-2t-3)\ln(t+1)}\right]_0^{x}-\dfrac 12\Big[\dfrac {t^2}{2}-3t\Big]_0^{x}}

{ \white{ xxi } } \phantom{WWWWWWWWWW}=\dfrac 12\left[\overset{}{(x^2-2x-3)\ln(x+1)-0}\right]-\dfrac 12\Big[\left(\dfrac {x^2}{2}-3x\right)-0\Big] \\\overset{ { \white{ . } } } {\phantom{WWWWWWWWWW}=\dfrac 12(x^2-2x-3)\ln(x+1)-\dfrac 12\left(\dfrac {x^2}{2}-3x\right)} \\\overset{ { \white{ . } } } {\phantom{WWWWWWWWWW}=\dfrac 12(x^2-2x-3)\ln(x+1)-\dfrac 14\left(x^2-6x\right)} \\\\\Longrightarrow\quad \boxed{\displaystyle\int_{0}^{x} (t-1)\ln(t+1)\,\text dt=\dfrac 12(x^2-2x-3)\ln(x+1)+\dfrac 14\left(6x-x^2\right)}

5. b)  Calculons l'aire  \overset{ { \white{ _. } } } {  A  }  de la partie du plan limitée par la courbe  \overset{ { \white{ _. } } } {  (C)  }  et les droites d'équations  \overset{ { \white{ . } } } { x = 0, \, x = 1  }  et  \overset{ { \white{ . } } } {  y = 0  .  } 

Nous savons que la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f  }  est croissante sur l'intervalle  \overset{ { \white{ _. } } } { [0\;;\;1] }  et que  \overset{ { \white{ _. } } } {  \begin{cases} f(0)=0\\f(1)=1   \end{cases}.  } 
Il s'ensuit que pour tout  \overset{ { \white{ . } } } {x\in\,[0\;;\;1],\quad f(x)\geq 0 .   } 

Nous en déduisons que :

{ \white{ xxi } } A=\displaystyle\int_0^1 f(t)\,\text dt \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  A } =\displaystyle\int_0^1 \Big(t - (t - 1)\ln(t + 1)\Big)\,\text dt} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  A } =\displaystyle\int_0^1 t\,\text dt-\displaystyle\int_0^1 (t - 1)\ln(t + 1)\,\text dt} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  A } =\left[\dfrac12t^2\right]_0^1-\left[\dfrac 12(1^2-2\times1-3)\ln(1+1)+\dfrac 14\left(6\times1-1^2\right)\right]} \\\phantom{WWWWW}\overset{ { \phantom{ . } } } {    \text{(voir exercice  5. a. avec }x=1)}
{ \white{ xxi } }   \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  A } =\dfrac12-0-\dfrac 12\times(-4)\ln2-\dfrac 14\times5} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  A } =\dfrac12+2\ln2-\dfrac 54} \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{  A } =2\ln2-\dfrac 34} \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{A =\left(2\ln2-\dfrac 34\right)\text{unités d'aire}}

Partie B

Pour tout entier  \overset{ { \white{ . } } } {  n \geq 2  ,    }  on pose  \overset{ { \white{  } } } {  a_n =\displaystyle \int_{0}^{1} \Big(f(x)\Big)^n\,\text dx.   } 

1. a)  Justifions que pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {    x \in\, ]-1,1]  ,\quad  f'(x) \geq 1 - \ln 2.  } 

Le tableau de variation de  \overset{ { \white{ . } } } { f' } (voir Partie A - 3. b) montre que  \overset{ { \white{ _. } } } {  f'  }  est décroissante sur l'intervalle  \overset{ { \white{ _. } } } { ]-1,1].   } 
Des lors, pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } { x\in\,]-1,1],   } 

{ \white{ xxi } }  x \leq1\quad\Longrightarrow\quad  f'(x)\geq f'(1) \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   x \leq1 } \quad\Longrightarrow\quad  f'(x)\geq \dfrac{2}{1+1}-\ln(1+1) } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   x \leq1 } \quad\Longrightarrow\quad  f'(x)\geq 1-\ln 2 }

Par conséquent, pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {    x \in\, ]-1,1]  ,\quad \boxed{ f'(x) \geq 1 - \ln 2}\,.  } 


1. b)  Nous devons en déduire que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } {  n \geq 2  ,\quad  f(1 - \dfrac{1}{\sqrt{n}}) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}.   } 

D'une part,

{ \white{ xxi } }  n\in\N,\; n\geq 2\quad\Longrightarrow \sqrt n\geq\sqrt2 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   n\in\N,\; n\geq 2}\quad\Longrightarrow 0<\dfrac{1}{\sqrt n}\leq  \dfrac{1}{\sqrt 2}} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   n\in\N,\; n\geq 2}\quad\Longrightarrow 0>-\dfrac{1}{\sqrt n}\geq  -\dfrac{1}{\sqrt 2}} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   n\in\N,\; n\geq 2}\quad\Longrightarrow 1>1-\dfrac{1}{\sqrt n}\geq  1-\dfrac{1}{\sqrt 2}} \\\\\text{Or }\quad 1-\dfrac{1}{\sqrt 2}\approx0,293 \\\\\text {D'où }\quad \forall\,n\in\N,\; n\geq 2,\quad \boxed{1-\dfrac{1}{\sqrt n}\in\,[-1,1]}

Dès lors, pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {x\in \left[1-\dfrac{1}{\sqrt n},1\right]  ,\quad  f'(x) \geq 1 - \ln 2.   } 

D'autre part, la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f'  }  est continue sur  \overset{ { \white{ _. } } } {  \left[1-\dfrac{1}{\sqrt n},1\right].  } 

Par le théorème de la croissance de l'intégrale, nous obtenons :

{ \white{ xxi } }  \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}f'(x)\,\text dx \geq \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}(1 - \ln 2)\,\text dx\quad\Longrightarrow\quad \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}f'(x)\,\text dx \geq (1 - \ln 2)\displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}1\,\text dx \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}f'(x)\,\text dx \geq \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}(1 - \ln 2)\,\text dx  } \quad\Longrightarrow\quad \Big[f(x)\Big]_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}\geq (1-\ln2)\Big[x\Big]_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}f'(x)\,\text dx \geq \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}(1 - \ln 2)\,\text dx  } \quad\Longrightarrow\quad f(1)-f\left(1-\dfrac {1}{\sqrt n}\right)\geq (1-\ln2)\Big[1-\left(1-\dfrac {1}{\sqrt n}\right)\Big]  }
{ \white{ xxi } }.\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}f'(x)\,\text dx \geq \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}(1 - \ln 2)\,\text dx  } \quad\Longrightarrow\quad 1-f\left(1-\dfrac {1}{\sqrt n}\right)\geq (1-\ln2)\times\dfrac {1}{\sqrt n}  }

{ \white{ xxi } } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}f'(x)\,\text dx \geq \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}(1 - \ln 2)\,\text dx  } \quad\Longrightarrow\quad -f\left(1-\dfrac {1}{\sqrt n}\right)\geq -1+\dfrac {1-\ln2}{\sqrt n}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}f'(x)\,\text dx \geq \displaystyle \int_{1-\frac {1}{\sqrt n}}^{1}(1 - \ln 2)\,\text dx  } \quad\Longrightarrow\quad f\left(1-\dfrac {1}{\sqrt n}\right)\leq 1-\dfrac {1-\ln2}{\sqrt n}  } \\\\\Longrightarrow \boxed{\forall\,n\in\N, n\geq 2,\quad f\left(1-\dfrac {1}{\sqrt n}\right)\leq 1-\dfrac {1-\ln2}{\sqrt n}  }

2. a)  Montrons que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } {   n \geq 2  ,\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n.   } 

Nous avons montré dans la question 1. b) que  \overset{ { \white{ _. } } } {  \forall\, n\in\N,n\geq 2,\quad1>1-\dfrac{1}{\sqrt n}\geq  1-\dfrac{1}{\sqrt 2}\qquad \text{où }\quad1-\dfrac{1}{\sqrt 2}\approx0,293.  } 

D'où  \overset{ { \white{ . } } } {  1-\dfrac{1}{\sqrt n}\in[\,0,1].  } 

Or  \overset{ { \white{ _. } } } {  f  }  est strictement croissante sur l'intervalle  \overset{ { \white{ _. } } } {[0,1] .  } 
Il s'ensuit que  \overset{ { \white{ _. } } } { f   }  est strictement croissante sur l'intervalle  \overset{ { \white{ _. } } } {\left[0,1-\dfrac{1}{\sqrt n}\right] .  } 

Dès lors,

\forall\,x\in \left[0,1-\dfrac{1}{\sqrt n}\right],\quad 0\leq x\leq 1-\dfrac{1}{\sqrt n}\quad\Longrightarrow\quad f(0)\leq f(x)\leq f\left(1-\dfrac{1}{\sqrt n}\right) \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \forall\,x\in \left[0,1-\dfrac{1}{\sqrt n}\right],\quad 0\leq x\leq 1-\dfrac{1}{\sqrt n}  } \quad\Longrightarrow\quad 0\leq f(x)\leq f\left(1-\dfrac{1}{\sqrt n}\right) }

Nous savons par la question précédente que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } {  n \geq 2  ,\quad  f(1 - \dfrac{1}{\sqrt{n}}) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}.   } 

Nous en déduisons que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } {  n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x)\leq f\left(1-\dfrac{1}{\sqrt n}\right) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}   } 
soit que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } {  n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}} .  } 

Nous obtenons alors :

{ \white{ xxi } } \forall\, n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\quad\Longrightarrow\quad  \Big(f(x)\Big)^n \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n    \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \forall\, n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}  } \quad\Longrightarrow\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n\,\text dx    } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \forall\, n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}  } \quad\Longrightarrow\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n\displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}1\,\text dx    }
{ \white{ xxi } } .\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \forall\, n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}  } \quad\Longrightarrow\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n\Big[x\Big]_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}    } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \forall\, n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}  } \quad\Longrightarrow\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n\Big[{1-\frac{1}{\sqrt n}}-0\Big]    } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \forall\, n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}  } \quad\Longrightarrow\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n\Big(1-\frac{1}{\sqrt n}\Big)    }

{ \white{ xxi } } .\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \forall\, n \geq 2  ,\quad  0\leq f(x) \leq 1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}  } \quad\Longrightarrow\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n\quad\text{car }  1-\frac{1}{\sqrt n}<1  }

Par conséquent, pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } {   n \geq 2  ,\quad  \displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n.   } 

2. b)  Montrons que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } { n \geq 2  ,\quad 0 \leq a_n \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n + \dfrac{1}{\sqrt{n}}.    } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Montrons que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } { n \geq 2  ,\quad a_n\geq 0.    } 

Nous avons montré dans la question 5. b) - Partie A que pour tout  \overset{ { \white{ . } } } {x\in\,[0\;;\;1],\quad f(x)\geq 0 .   } 
Il s'ensuit que pour tout  \overset{ { \white{ . } } } {x\in\,[0\;;\;1],\quad \Big(f(x)\Big)^n\geq 0 .   } 
De plus, la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f^n  }  est continue sur l'intervalle  \overset{ { \white{ _. } } } { [0\;;\;1].   } 

Par conséquent,  \overset{ { \white{ _. } } } {  \displaystyle \int_{0}^{1} \Big(f(x)\Big)^n\,\text dx\geq 0,  }  soit  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{a_n \geq 0}\,.   } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Montrons que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } { n \geq 2  ,\quad a_n \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n + \dfrac{1}{\sqrt{n}}.     } 

D'une part, selon la question 2. a) - Partie B, nous savons que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } {   n \geq 2  ,\quad  \boxed{\displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n}\,.   } 

D'autre part, nous savons également que  \overset{ { \white{ _. } } } { f(x)\leq 1  }  pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {  x\in [0,1],  }  et en particulier pour tout  \overset{ { \white{ . } } } { x\in \left[1-\dfrac{1}{\sqrt n},1\right].   } 
Dès lors, pour tout  \overset{ { \white{ . } } } { x\in \left[1-\dfrac{1}{\sqrt n},1\right],\quad  \Big(f(x)\Big)^n\leq 1.   } 
Puisque la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f^n  }  est continue sur  \overset{ { \white{ . } } } { \left[1-\dfrac{1}{\sqrt n},1\right],}  nous avons :  \overset{ { \white{ _. } } } { \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^11\,\text dx .  } 

{ \white{ xxi } } \text{Or }\quad \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^11\,\text dx\quad\Longrightarrow\quad \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \Big[x\Big]_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \text{Or }\quad \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^11\,\text dx  }   \quad\Longrightarrow\quad \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq 1-\left(1-\dfrac{1}{\sqrt n}\right)      } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ \text{Or }\quad \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^11\,\text dx  }   \quad\Longrightarrow\quad\boxed{ \displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \leq \dfrac{1}{\sqrt n}   }   }

D'où

{ \white{ xxi } } \begin{cases} a_n =\displaystyle \int_{0}^{1} \Big(f(x)\Big)^n\,\text dx \\ \displaystyle \int_{0}^{1} \Big(f(x)\Big)^n\,\text dx ={\red{\displaystyle \int_{0}^{1-\frac{1}{\sqrt n}} \Big(f(x)\Big)^n\,\text dx}} +{\blue{\displaystyle \int_{{1-\frac{1}{\sqrt n}}}^{1} \Big(f(x)\Big)^n\,\text dx}}\\ {\red{\displaystyle\int_0^{1-\frac{1}{\sqrt n}}\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx }}\leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n\\  {\blue{\displaystyle\int_{1-\frac{1}{\sqrt n}}^1\Big(f(x)\Big)^n\,\text dx}} \leq \dfrac{1}{\sqrt n}  \end{cases}

\quad\Longrightarrow\quad\boxed{a_n\leq  \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n + \dfrac{1}{\sqrt{n}}}

Par conséquent, pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } { n \geq 2  ,\quad \boxed{0 \leq a_n \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n + \dfrac{1}{\sqrt{n}}}\,.    } 

2. c)  Montrons que  \overset{ { \white{ _. } } } { \displaystyle\lim_{n \to +\infty} n\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right) = -\infty.    } 

Pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {  n\in\N, n\geq 2,}
{ \white{ xxi } }n\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)=n\times{\red{\left(-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}}\times\dfrac{\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}{{\red{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}}}}  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    n\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}=\sqrt n\times\left(-1 + \ln 2\right)\times\dfrac{\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}}   } 

Dès lors,  \overset{ { \white{ _. } } } {  \lim\limits_{n\to+\infty}n\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)=\lim\limits_{n\to+\infty}\sqrt n\times\left(-1 + \ln 2\right)\times\dfrac{\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}} .  } 

\text{Or }\quad \begin{cases} \lim\limits_{n\to+\infty}\sqrt n =+\infty\\-1 + \ln 2<0  \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \boxed{\lim\limits_{n\to+\infty}\sqrt n\times\left(-1 + \ln 2\right)=-\infty}

Calculons  \lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}}.

Soit  \overset{ { \white{ . } } } {  X=-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}  } 

Nous obtenons alors :

{ \white{ xxi } }  \lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}}= \lim\limits_{X\to 0}\dfrac{\ln\left(1 +X\right)}{X} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{\ln\left(1 - 55555555\right)}{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}}}= \lim\limits_{X\to0}\dfrac{\ln\left(1 +X\right)-\ln (1+0)}{X-0}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{\ln\left(1 - 55555555\right)}{-WWWWW}}= h'(0)\quad \text{avec }h(X)=\ln(1+X)} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  WWWWWWWWWw }=1\quad\text{car }\quad h'(X)=\dfrac {1}{1+X}\quad\Longrightarrow \quad h'(0)=1  } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{ \lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}}=1}
Nous en déduisons que  \overset{ { \white{ _. } } } { \lim\limits_{n\to+\infty}\sqrt n\times\left(-1 + \ln 2\right)\times  \lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)}{-\dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}}=-\infty.   } 
Par conséquent,  \overset{ { \white{ _. } } } {\boxed{ \displaystyle\lim_{n \to +\infty} n\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right) = -\infty}    } 

2. d)  Nous devons déterminer  \overset{ { \white{ _. } } } { \displaystyle\lim_{n \to +\infty} a_n.    } 

Nous avons montré dans la question 2. b) que pour tout entier  \overset{ { \white{ _. } } } { n \geq 2  ,\quad 0 \leq a_n \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n + \dfrac{1}{\sqrt{n}}.    } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Calculons  \overset{ { \white{ _. } } } {  \lim\limits_{n\to+\infty}\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n.   } 

Pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {  n\in\N, n\geq 2,}

{ \white{ xxi } } \lim\limits_{n\to+\infty}\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n= \lim\limits_{n\to+\infty}\text e^{\ln\left(1 - \frac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \lim\limits_{n\to+\infty} \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n}= \lim\limits_{n\to+\infty}\text e^{n\times\ln\left(1 - \frac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)} }

\text{Or }\quad \begin{cases}  n\times\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}} \right)=-\infty\quad(\text{voir  2. c)}\\\overset{ { \white{ _. } } } {    \lim\limits_{X\to-\infty}\text e^X=0} \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad \lim\limits_{n\to+\infty}\text e^{n\times\ln\left(1 - \frac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)} =0 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{\text{Or }\quad \begin{cases}  n\times\ln\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}} \right)=-\infty\quad(\text{voir 2. c)}\\\overset{ { \phantom{ _. } } } {    \lim\limits_{X\to-\infty}\text e^X=0} \end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad  \boxed{\lim\limits_{n\to+\infty}\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n =0} }

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Nous savons que  \overset{ { \white{ _. } } } {  \boxed{ \lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{1}{\sqrt{n }}=0}  } 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Dès lors,  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{\lim\limits_{n\to+\infty}\left[\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n+\dfrac{1}{\sqrt{n }}\right]=0}   } 

Par le théorème d'encadrement (théorème des gendarmes), nous obtenons :

{ \white{ xxi } } \begin{cases}  0 \leq a_n \leq \left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n + \dfrac{1}{\sqrt{n}}\\\overset{ { \white{ _. } } } {  \lim\limits_{n\to+\infty}\left[\left(1 - \dfrac{1 - \ln 2}{\sqrt{n}}\right)^n+\dfrac{1}{\sqrt{n }}\right]=0  }\end{cases}\quad \Longrightarrow\quad \boxed{\lim\limits_{n\to+\infty} a_n=0}

3,5 points

exercice 4

1.  Soit dans  \overset{ { \white{   } } } { \Z^2   }  l'équation  \overset{ { \white{ _. } } } {  (E) :   5u - 53v = 24  .  } 

1. a)  Nous devons vérifier que  \overset{ { \white{ . } } } {   (26,2) }  est une solution de  \overset{ { \white{ _. } } } { (E).   } 

En effet,  \overset{ { \white{ _. } } } {  5\times 26-53\times 2=130-106=24.  } 

1. b)  Nous devons résoudre dans  \overset{ { \white{   } } } { \Z^2   }  l'équation  \overset{ { \white{ _. } } } { (E).   } 

Nous savons que le couple  \overset{ { \white{ . } } } { (26\,,\,2) }  est une solution de l'équation  \overset{ { \white{ . } } } { (E)\,, } 

\begin{cases}5u-53v=24\\5\times 26-53\times 2=24 \end{cases}\quad\underset{\text{par soustraction}}{\Longrightarrow}\quad5(u-26)-53(v-2)=0 \\\\\phantom{WWWWWWWWWWWW...}\Longrightarrow\quad\quad\quad5(u-26)=53(v-2)

Donc l'entier 53 divise le produit  \overset{ { \white{ . } } } { 5(u-26)\,. } 
Or 53 et 5 sont premiers entre eux.
Par le théorème de Gauss, nous en déduisons que 53 divise  \overset{ { \white{ . } } } { (u-26) } 
Dès lors, il existe un entier relatif  \overset{ { \white{ _. } } } { k }  tel que  \overset{ { \white{ . } } } { u-26=53k\,, }  soit  \overset{ { \white{ . } } } {\boxed{u=26+53k}}\,. 

De plus,

\begin{cases}5(u-26)=53(v-2)\\u=26+53k\end{cases}\quad\Longleftrightarrow\quad\left\lbrace\begin{matrix}5({\red{u-26}})=53(v-2)\quad\\ {\red{u-26}}=53k\phantom{WW}\end{matrix}\right.  \\\\\phantom{WWWWWWWWWWWW}\Longrightarrow\quad5\times53k=53(v-2) \\\overset{{\white{.}}}{\phantom{WWWWWWWWWWWW}\Longrightarrow\ \ \ \ 5k=v-2 } \\\overset{{\white{.}}}{\phantom{WWWWWWWWWWWW}\Longrightarrow\ \ \ \ \boxed{v=2+5k}}

Donc, il existe un entier relatif  \overset{ { \white{ _. } } } {  k}  tel que  \left\lbrace\begin{matrix}u=26+53k\\v=2+5k\end{matrix}\right..

Montrons que le couple  \overset{ { \white{ . } } } { (26 + 53k\;;\;  2 + 5k) }  est solution de  \overset{ { \white{ . } } } {(E) }  pour tout entier relatif  \overset{ { \white{ _. } } } {k\,. } 
En effet,  \overset{{\white{.}}}{5(26+53k)-53(2+5k)=130+265k-106-265k=24.}

Par conséquent, l'ensemble des solutions de l'équation  \overset{ { \white{ . } } } {(E) }  est  \overset{{\white{.}}}{\boxed{S=\lbrace(26+53k\,;\,2+5k)\,/\,k\in\Z\rbrace}}

2.  Soit  \overset{ { \white{ _. } } } {  x \in \mathbb{Z}  .  } 

2. a)  Déterminons les restes modulo 5 de  \overset{ { \white{  } } } {  x^2 - x  .   } 

Envisageons les cinq cas possibles pour  \overset{ { \white{. } } } { x   } .

{ \white{ xxi } } \overset{ { \white{ . } } } { \bullet}\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}\quad\Longrightarrow\quad\begin{cases}x\equiv0\;\text{(mod 5)}\\x^2\equiv0\;\text{(mod 5)}\end{cases} \\\\ {  \phantom{  \bullet\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}  }}  {\quad\Longrightarrow\quad \boxed{x^2-x\equiv 0\;\text{(mod 5)}}}

{ \white{ xxi } } \overset{ { \white{ . } } } { \bullet}\quad x\equiv1\;\text{(mod 5)}\quad\Longrightarrow\quad \begin{cases}x\equiv1\;\text{(mod 5)}\\x^2\equiv1\;\text{(mod 5)}  \end{cases} \\\\ {  \phantom{  \bullet\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}  }}  {\quad\Longrightarrow\quad \boxed{x^2-x\equiv 0\;\text{(mod 5)}}}

{ \white{ xxi } } \overset{ { \white{ . } } } { \bullet}\quad x\equiv2\;\text{(mod 5)}\quad\Longrightarrow\quad \begin{cases} x\equiv2\;\text{(mod 5)}\\ x^2\equiv4\;\text{(mod 5)}  \end{cases} \\\\ {  \phantom{  \bullet\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}  }}  {\quad\Longrightarrow\quad \boxed{x^2-x\equiv 2\;\text{(mod 5)}}}

{ \white{ xxi } } \overset{ { \white{ . } } } { \bullet}\quad x\equiv3\;\text{(mod 5)}\quad\Longrightarrow\quad \begin{cases}x\equiv3\;\text{(mod 5)}\\x^2\equiv9\;\text{(mod 5)}  \end{cases} \\\\ {  \phantom{  \bullet\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}  }}  {\quad\Longrightarrow\quad \begin{cases}x\equiv3\;\text{(mod 5)}\\x^2\equiv4\;\text{(mod 5)}  \end{cases}} \\\\ {  \phantom{  \bullet\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}  }}  {\quad\Longrightarrow\quad \boxed{x^2-x\equiv 1\;\text{(mod 5)}}}

{ \white{ xxi } }   \overset{ { \white{ . } } } { \bullet}\quad x\equiv4\;\text{(mod 5)}\quad\Longrightarrow\quad \begin{cases}x\equiv4\;\text{(mod 5)}\\x^2\equiv16\;\text{(mod 5)}  \end{cases} \\\\ {  \phantom{  \bullet\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}  }}  {\quad\Longrightarrow\quad \begin{cases}x\equiv4\;\text{(mod 5)}\\x^2\equiv6\;\text{(mod 5)}  \end{cases}} \\\\ {  \phantom{  \bullet\quad x\equiv0\;\text{(mod 5)}  }}  {\quad\Longrightarrow\quad \boxed{x^2-x\equiv 2\;\text{(mod 5)}}}

2. b)  Nous devons montrer que  \overset{ { \white{ _. } } } {  (x - 27)^2 \equiv x^2 - x - 13 \ (\text{mod}\ 53)  .   } 

Montrons donc que pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {x\in\Z,\quad (x - 27)^2 - (x^2 - x - 13) }  est divisible par 53.

{ \white{ xxi } } (x - 27)^2 - (x^2 - x - 13)=x^2-54x+729-x^2+x+13 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   (x - 27)^2 - (x^2 - x - 13)}=-53x+742  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   (x - 27)^2 - (x^2 - x - 13)}=53(-x+14)  } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{(x - 27)^2 - (x^2 - x - 13)=53(-x+14)  }

Donc pour tout  \overset{ { \white{ _. } } } {x\in\Z,\quad (x - 27)^2 - (x^2 - x - 13) }  est divisible par 53.
Par conséquent,  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{ (x - 27)^2 \equiv x^2 - x - 13 \ (\text{mod}\ 53)}\,  .   } 

3.  On considère dans  \overset{ { \white{ _. } } } {  \Z   }  le système  \overset{ { \white{ _. } } } {  (S):  \begin{cases} x^2 - x \equiv 1 \ (\text{mod}\ 5) \\ x^2 - x \equiv 13 \ (\text{mod}\ 53). \end{cases}    }

3. a)  Nous devons montrer que  \overset{ { \white{ -. } } } {  x  }  est une solution de  \overset{ { \white{ _. } } } {   (S) }  si et seulement si, il existe  \overset{ { \white{ _. } } } {   (u,v) \in \Z^2   }  tels que  \overset{ { \white{ . } } } { \begin{cases} x = 3 + 5u\\x = 27 + 53v.   \end{cases}   } 

{ \white{ xxi } }  x\text{ est solution de }(S)\quad\Longleftrightarrow\quad \begin{cases} x^2 - x \equiv 1 \ (\text{mod}\ 5) \\ x^2 - x \equiv 13 \ (\text{mod}\ 53)   \end{cases} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   x\text{ est solution de }(S)}\quad\Longleftrightarrow\quad \begin{cases} x \equiv 3 \ (\text{mod}\ 5) \quad (\text{voir 2. a})\\ (x-27)^2 \equiv 0 \ (\text{mod}\ 53)  \quad (\text{voir 2. b}) \end{cases}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   x\text{ est solution de }(S)}\quad\Longleftrightarrow\quad \begin{cases} x \equiv 3 \ (\text{mod}\ 5) \\ x\equiv 27 \ (\text{mod}\ 53)   \end{cases}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   x\text{ est solution de }(S)}\quad\Longleftrightarrow\quad \exists\;(u,v)\in\Z^2:\begin{cases}x=3+5u\\x=27+53v    \end{cases}}

D'où  \overset{ { \white{-. } } } {  x  }  est une solution de  \overset{ { \white{ _. } } } {   (S) }  si et seulement si, il existe  \overset{ { \white{ _. } } } {   (u,v) \in \Z^2   }  tels que  \overset{ { \white{ . } } } { \begin{cases} x = 3 + 5u\\x = 27 + 53v.   \end{cases}   } 

3. b)  Nous devons déterminer les solutions du système  \overset{ { \white{ _. } } } {   (S).} 

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Montrons que si  \overset{ { \white{  -. } } } {  x  }  est une solution de  \overset{ { \white{ _. } } } {   (S) } , alors  \overset{ { \white{ _. } } } {  x=133+265k,\quad k\in\Z.  } 

Nous savons que  \overset{ { \white{ -. } } } {  x  }  est une solution de  \overset{ { \white{ _. } } } {   (S) }  si et seulement si, il existe  \overset{ { \white{ _. } } } {   (u,v) \in \Z^2   }  tels que  \overset{ { \white{ . } } } { \begin{cases} x = 3 + 5u\\x = 27 + 53v.   \end{cases}   } 
Nous en déduisons que  \overset{ { \white{ . } } } { 3 + 5u = 27 + 53v ,  }  soit que  \overset{ { \white{ _. } } } { 5u - 53v = 24.   } 

Or nous avons montré dans la question 1. que le couple  \overset{ { \white{ . } } } { (26 + 53k\;;\;  2 + 5k) }  où  \overset{ { \white{ _. } } } {  k\in\Z,  }  est solution de l'équation  \overset{ { \white{ _. } } } { 5u - 53v = 24.   } 

Dès lors,

{ \white{ xxi } } \begin{cases}x=3+5u\\u=26+53k    \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad x=5(26+53k)+3 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    \begin{cases}x=5u+3\\u=26+53k    \end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \boxed{x=133+265k,\quad k\in\Z} }

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Montrons que si  \overset{ { \white{ _. } } } {  x=133+265k\text{ avec }k\in\Z  } , alors  \overset{ { \white{  -. } } } {  x  }  est une solution de  \overset{ { \white{ _. } } } {   (S). } 

Nous observons que  \overset{ { \white{ _. } } } { 265=5\times 53.   } 

Nous avons :

{ \white{ xxi } }  x=133+265k\text{ avec }k\in\Z\quad\Longrightarrow \quad x\equiv 133\,\text{(mod 265)} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    x=133+265k\text{ avec }k\in\Z}\quad\Longrightarrow \quad\begin{cases}x\equiv 133\,\text{(mod 5)}\\x\equiv 133\,\text{(mod 53)}  \end{cases} } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    x=133+265k\text{ avec }k\in\Z}\quad\Longrightarrow \quad\begin{cases}x\equiv 3\,\text{(mod 5)}\quad\text{car }133=26\times5+3\\x\equiv 27\,\text{(mod 53)} \quad\text{car }133=2\times53+27\end{cases} }  \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{    x=133+265k\text{ avec }k\in\Z}\quad\Longrightarrow \quad \exists\,(u,v)\in\Z^2:\begin{cases}  x\equiv3+5u\\x\equiv27+53v  \end{cases}} \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{    x=133+265k\text{ avec }k\in\Z}\quad\Longrightarrow \quad \boxed{x\text{ est  une solution de }(S)}}

\overset{ { \white{ . } } }{\bullet}{\white{x}}Par conséquent, l'ensemble des solutions dans  \overset{ { \white{ _. } } } { \Z  }  du système  \overset{ { \white{ _. } } } {  (S)   }  est l'ensemble  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{\lbrace133+265k,\, k\in\Z\rbrace}\,.   } 

4.  Nous devons déterminer dans  \overset{ { \white{ _. } } } { \Z ,   }  les solutions de l'équation  \overset{ { \white{ _. } } } {   x^2 - x - 66 \equiv 0 \ (\text{mod}\ 265)  . } 

{ \white{ xxi } }   x^2 - x - 66 \equiv 0 \ (\text{mod}\ 265)\quad\Longleftrightarrow\quad x^2 - x \equiv66  \ (\text{mod}\ 265) \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   x^2 - x - 66 \equiv 0 \ (\text{mod}\ 265)}\quad\Longleftrightarrow\quad  \begin{cases} x^2 - x \equiv66  \ (\text{mod}\ 5)\\x^2 - x \equiv66  \ (\text{mod}\ 53)   \end{cases} } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   x^2 - x - 66 \equiv 0 \ (\text{mod}\ 265)}\quad\Longleftrightarrow\quad  \begin{cases} x^2 - x \equiv1\ (\text{mod}\ 5)\quad\text{car }66=13\times5+1  \\x^2 - x \equiv13  \ (\text{mod}\ 53) \quad\text{car }66=53+13  \end{cases} }

Donc l'ensemble des solutions dans  \overset{ { \white{ _. } } } { \Z  }  de l'équation  \overset{ { \white{ _. } } } {  x^2-x-66\equiv 0 \ (\text{mod}\ 265)   }  est l'ensemble des solutions dans  \overset{ { \white{ _. } } } { \Z  }  du système  \overset{ { \white{ _. } } } {  (S)   } .

Par conséquent, l'ensemble des solutions dans  \overset{ { \white{ _. } } } { \Z  }  de l'équation  \overset{ { \white{ _. } } } {  x^2-x-66\equiv 0 \ (\text{mod}\ 265)   }  est l'ensemble  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{\lbrace133+265k,\, k\in\Z\rbrace}\,.   } 

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