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Épreuve anticipée de mathématiques - Sujet 0

Spécialité Maths - 2e sujet

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 PREMIÈRE  PARTIE : AUTOMATISMES - QCM (6  pts)

QUESTION 1   -  Réponse  A.

On considère l'arbre de  probabilité complété ci-dessous.

{ \white{ xxxxi } }
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Nous devons déterminer la probabilité de l'événement  \overset{ { \white{ _. } } } { B.   } 

Les événements  \overset{{\white{_.}}}{A}  et  \overset{{\white{}}}{\overline A}  forment une  partition de l'univers.
En utilisant la formule des probabilités totales, nous obtenons :

{ \white{ xxi } } p(B)= p(A\cap B)+ p(\overline A\cap B) \\\overset{ { \white{ _. } } } {\phantom{ p(B)}= p(A)\times  p_A(B)+ p(\overline A)\times  p_{\overline A}(B)}  \\\overset{ { \white{ _. } } } {\phantom{ p(B)}=0,4\times 0,3+0,6\times 0,1}  \\\overset{ { \phantom{ _. } } } {\phantom{ p(B)}=0,18}  \\\\\Longrightarrow\quad \boxed{ p(B)=0,18}

Par conséquent, la probabilité de l'événement  \overset{ { \white{ _. } } } { B   }  est égale à 0,18.

QUESTION 2   -  Réponse  A.

Une tablette coûte 200 euros. Son prix diminue de 30%.
Déterminons le prix après cette diminution.

Le coefficient multiplicateur correspondant à une diminution de 30% est  \overset{ { \white{ _. } } } { 1-0,3=0,7.   } 
Donc le prix de la tablette après la réduction de 30% est  \overset{ { \white{ . } } } {  0,7\times 200  }  euros, soit 140 euros.

QUESTION 3   -  Réponse  B.

Une réduction de 50% est suivie d'une augmentation de 50%.

Le coefficient multiplicateur correspondant à une réduction de 50% est  \overset{ { \white{ _. } } } { 1-0,5=0,5.   } 
Le coefficient multiplicateur correspondant à une augmentation de 50% est  \overset{ { \white{ _. } } } { 1+0,5=1,5.   } 
D'où le coefficient multiplicateur global est  \overset{ { \white{ _. } } } {1,5\times 0,5=0,75.    } 
Ce coefficient multiplicateur est égal à  \overset{ { \white{ _. } } } { 1-0,25,   }  ce qui correspond à une réduction de 25%.

QUESTION 4   -  Réponse  B.

Dans un lycée, le quart des élèves sont internes, parmi eux, la moitié sont des filles.

La proportion des filles internes par rapport à l'ensemble des élèves du lycée est égale à la moitié du quart.

Or  \overset{ { \white{ _. } } } {  \dfrac12\times\dfrac 14=\dfrac 18=0,125.  } 

Donc la proportion des filles internes par rapport à l'ensemble des élèves est de 12,5%.

QUESTION 5   -  Réponse  D.

On considère le nombre  \overset{ { \white{ _. } } } { N=\dfrac{10^7}{5^2}.   } 

{ \white{ xxi } } N=\dfrac{10^7}{5^2} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  N }=\dfrac{10^2\times10^5}{5^2}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  N }=\dfrac{100\times10^5}{25}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  N }=\dfrac{100}{25}\times 10^5  } \\\overset{ { \phantom{ . } } } {  \phantom{  N }=4\times 10^5  } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{N=4\times 10^5}

QUESTION 6   -  Réponse  B.

Un appareil a besoin d'une énergie de  \overset{ { \white{ _. } } } { 7,5\times 10^6   }  Joules (J) pour se mettre en route.
Nous devons déterminer à combien de kiloWatts-heure (kWh) cela correspond sachant que  \overset{ { \white{ _. } } } {1\text{ kWh}=3,6\times 10^6\text{ J.}    } 

Dressons un tableau de proportionnalité.

{ \white{ WWWWW } } \begin{array}{|c|c|c|}\hline&&& \text{kWh}&1&x&&&\\\hline &&&\text{J}&3,6\times 10^6&7,5\times 10^6\\&&\\ \hline \end{array}

Nous obtenons alors :

{ \white{ xxi } } 1\times7,5\times 10^6=3,6\times 10^6\times x\quad\Longleftrightarrow\quad 7,5=3,6 x \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   1\times7,5\times 10^6=3,6\times 10^6\times x}\quad\Longleftrightarrow\quad x=\dfrac{7,5}{3,6}} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   1\times7,5\times 10^6=3,6\times 10^6\times x}\quad\Longleftrightarrow\quad x=\dfrac{75}{36}=\dfrac{25}{12}} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   1\times7,5\times 10^6=3,6\times 10^6\times x}\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{x\approx 2,08}}

QUESTION 7   -  Réponse  C.

Le plan est muni d'une repère orthogonal.
On note  \overset{ { \white{ _. } } } { d   }  la droite passant par les points  \overset{ { \white{ _. } } } { A\,(0;-1)   }  et  \overset{ { \white{ _. } } } { B\,(2;5).   } 
Déterminons le coefficient directeur  \overset{ { \white{ . } } } {  a  }  de la droite  \overset{ { \white{ _. } } } {  d.  } 

{ \white{ xxi } }  a=\dfrac{y_B-y_A}{x_B-x_A} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  a }=\dfrac{5-(-1)}{2-0}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  a }=\dfrac{5+1}{2}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  a }=3} \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{a=3}

QUESTION 8   -  Réponse  C.

On a représenté ci-dessous une droite  \overset{ { \white{ _. } } } { D.   } 

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Déterminons l'équation susceptible de représenter la droite  \overset{ { \white{ _. } } } { D.   } 

La droite  \overset{ { \white{ _. } } } {  D }  passe par le point de cordonnées  \overset{ { \white{ _. } } } {  (0;0).  } 
Les équations  \overset{ { \white{ . } } } {  2x+y+1=0  }  et  \overset{ { \white{ _. } } } { y=2x-1   }  ne sont pas vérifiées pour  \overset{ { \white{ _. } } } { (x;y)=(0;0).  }  
Nous écartons donc les réponses B et D.

La fonction représentant la droite  \overset{ { \white{ _. } } } {  D  }  est décroissante.
Le coefficient directeur de  \overset{ { \white{ _. } } } {  D  }  est donc négatif, ce qui n'est pas le cas pour la réponse A. puisque l'équation peut s'écrire  \overset{ { \white{ _. } } } {  y=2x  }  et le coefficient directeur est le nombre positif 2.

Par conséquent, la réponse correcte est la réponse C.

QUESTION 9   -  Réponse  C.

On note  \overset{ { \white{ _. } } } { S   }  l'ensemble des solutions de l'équation  \overset{ { \white{  } } } { x^2=10   }  sur  \overset{ { \white{ _. } } } {  \R.  } 

Nous avons :  \overset{ { \white{ _. } } } { x^2=10\quad\Longleftrightarrow\quad x=-\sqrt{10}\quad\text{ou}\quad x=\sqrt{10}   } 
Dès lors,  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{ S=\lbrace-\sqrt{10}\;;\;\sqrt{10}\rbrace}  } 

QUESTION 10   -  Réponse  A.

Déterminons le tableau de signes de la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f  }  définie sur  \overset{ { \white{ _. } } } {  \R  }  par  \overset{ { \white{ _. } } } { f(x)=(3x-15)(x+2)   } 

{ \white{ xxi } }  \begin{matrix}3x-15=0\quad\Longleftrightarrow\quad3x=15\\\overset{ { \white{ _. } } } {\phantom{3x-15=}\quad\Longleftrightarrow\quad x=5   }\\3x-15<0\quad\Longleftrightarrow\quad x<5\\3x-15>0\quad\Longleftrightarrow\quad x>5\\\\x+2=0\quad\Longleftrightarrow\quad x=-2\\x+2<0\quad\Longleftrightarrow\quad x<-2\\x+2>0\quad\Longleftrightarrow\quad x>-2\end{matrix} \begin{matrix} \\||\\||\\||\\||\\||\\||\\||\\||\\||\\|| \\\phantom{WWW}\end{matrix}\begin{array}{|c|ccccccc|}\hline&&&&&&&& x&-\infty&&-2&&5&&+\infty\\&&&&&&& \\\hline &&&&&&&&3x-15&&-&-&-&0&+&\\x+2&&-&0&+&+&+&\\&&&&&&&\\\hline &&&&&&&\\ (3x-15)(x+2)&&+&0&-&0&+&\\&&&&&&&\\ \hline \end{array}

soit le tableau non détaillé :

{ \white{ WWWWWW } } \begin{array}{|c|ccccccc|}\hline&&&&&&&& x&-\infty&&-2&&5&&+\infty\\&&&&&&& \\\hline &&&&&&&\\f(x)&&+&0&-&0&+&\\&&&&&&&\\ \hline \end{array}

QUESTION 11   -  Réponse  C.

Déterminons l'expression développée de  \overset{ { \white{ _. } } } { (2x+0,5)^2.   } 

{ \white{ xxi } } (2x+0,5)^2=(2x)^2+2\times 2x\times 0,5+(0,5)^2 \\\\\Longrightarrow\quad \boxed{ (2x+0,5)^2=4x^2+2x+0,25}

QUESTION 12   -  Réponse  C.

Lorsqu'un point mobile suit une trajectoire circulaire de rayon  \overset{ { \white{ _. } } } {   R } , en mètre  (m), son accélération centripète  \overset{ { \white{ . } } } {  a  }  (en m/s2) s'exprime en fonction de sa vitesse  \overset{ { \white{ . } } } {  v  }  (en m/s) de la manière suivante :  \overset{ { \white{  } } } { a=\dfrac{v^2}{R}.   } 

Déterminons l'expression permettant d'exprimer la vitesse  \overset{ { \white{ _. } } } {  v.  } 

{ \white{ xxi } }  a=\dfrac{v^2}{R}\quad\Longleftrightarrow\quad v^2=ar \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{  a=\dfrac{v^2}{R}}\quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{v=\sqrt{ar} }\quad (v\geq 0)}


*****************************************************************************************

 DEUXIÈME  PARTIE (14  pts)

X points

exercice 1

En 2020, une ville comptait 10 000 habitants.
On modélise l'évolution du nombre d'habitants de cette ville par la suite  \overset{ { \white{ _. } } } { (u_n)   }  définie ainsi :

 \overset{ { \white{ _. } } } { \begin{cases}u_{n+1}=1,08u_n-300\,,\quad n\in\N\\u_0=10\,000    \end{cases}   } 


où  \overset{ { \white{ m. } } } {  u_n  }  représente le nombre d'habitants pour l'année  \overset{ { \white{ _. } } } { 2020+n.   } 

1.   \overset{ { \white{ m. } } } {  u_1  }  représente le nombre d'habitants que compte la ville en 2021.

{ \white{ xxi } }  u_{1}=1,08\times u_0-300 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ u_1  }=1,08\times  10\,000-300} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ u_1  }=10\,800-300} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ u_1  }=10\,500} \\\\\Longrightarrow\quad \boxed{u_1=10\,500}

2.  On considère la suite  \overset{ { \white{ _. } } } { (v_n)   }  définie pour tout entier naturel  \overset{ { \white{ . } } } { n   }  par  \overset{ { \white{ _. } } } {  v_n=u_n-3\,750.  } 

2. a)  Déterminons  \overset{ { \white{ . } } } { v_0.   } 

{ \white{ xxi } } \begin{cases}v_0=u_0-3\,750\\u_0=10\,000    \end{cases}\quad \Longrightarrow\quad v_0=10\,000-3\,750 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \begin{cases}v_0=u_0-3\,750\\u_0=10\,000    \end{cases}}\quad \Longrightarrow\quad \boxed{v_0=6\,250 }}

2. b)  Nous devons démontrer que pour tout entier naturel  \overset{ { \white{ _. } } } { n,\quad v_{n+1}=1,08\,v_n.   } 

Pour tout entier naturel  \overset{ { \white{ . } } } {  n,  } 

{ \white{ xxi } } v_{n+1}=u_{n+1}-3\,750 \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   v_{n+1}}=1,08\,u_n-300-3\,750  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   v_{n+1}}=1,08\,u_n-4\,050  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   v_{n+1}}=1,08\,u_n-18\times3\,750  }
{ \white{ xxi } } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   v_{n+1}}=1,08\,(u_n-3\,750 ) } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   v_{n+1}}=1,08\,v_n } \\\\\Longrightarrow\quad \boxed{\forall\,n\in\N,\quad v_{n+1}=1,08\,v_n}

2. c)  Nous en déduisons que la suite  \overset{ { \white{ _. } } } { (v_n)   }  est géométrique de raison  \overset{ { \white{ _. } } } { q=1,08   }  et de premier terme  \overset{ { \white{ _. } } } { v_0=6\,250.   } 

2. d)  Pour tout entier naturel  \overset{ { \white{ m. } } } { n  }, exprimons  \overset{ { \white{ m. } } } {  v_n  }  en fonction de  \overset{ { \white{ . } } } { n.   } 

Le terme général de la suite  \overset{ { \white{ . } } } { (v_n) }  est  \overset{{\white{.}}}{v_n=v_0\times q^n.}
Donc, pour tout \overset{{\white{.}}}{n\in\N,\quad \boxed{v_n=6\,250\times 1,08^n}}

2. e)  Nous devons en déduire que pour tout entier naturel  \overset{ { \white{ m. } } } { n,   }  on a :  \overset{ { \white{ m. } } } { u_n=6\,250\times 1,08^n + 3750.  } 

En effet, nous obtenons :

{ \white{ xxi } } \begin{cases} v_n=u_n-3\,750\\v_n= 6\,250\times 1,08^n  \end{cases}\quad\Longrightarrow\quad  u_n-3\,750= 6\,250\times 1,08^n \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \begin{cases} v_n=u_n-3\,750\\v_n= 6\,250\times 1,08^n  \end{cases}}\quad\Longrightarrow\quad \boxed{ u_n= 6\,250\times 1,08^n+3\,750  }}

3.  La municipalité envisage d'ouvrir une nouvelle école maternelle dès que la population atteindra 19 000 habitants.
Selon le tableau, la population dépasse 19 000 habitants pour la première fois lorsque  \overset{ { \white{ _. } } } { n=12.   } 
L'année correspondant au rang  \overset{ { \white{ _. } } } {  n=12  }  se détermine par : 2020 + 12 = 2032.
Or la construction d'un tel établissement nécessite deux ans.
Par conséquent, la construction de l'école doit commencer en 2030.

X points

exercice 2

Le plan est muni d'un repère orthogonal.

Partie A

On considère la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  P  }  définie sur l'intervalle [-5 ; 3] par :  \overset{ { \white{ _. } } } { P(x)=2x^2+x-10.   } 

1. a)  Nous devons déterminer les racines de  \overset{ { \white{ _. } } } {  P.  } 

{ \white{ xxi } } \underline{\text{Discriminant de } 2x^2+x-10}:\quad\Delta=1^2-4\times2\times(-10) \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Discriminant de } 2x^2+x-10:\Delta\quad}=1+80} \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Discriminant de } 2x^2+x-10:\Delta\quad}=81>0}

{ \white{ xxi } }  \underline{\text{Racines de } P}:\quad x_1=\dfrac{-1-\sqrt {81}}{2\times 2}=\dfrac{-1-9}{4}=-\dfrac{10}{4}=-2,5\in[-5\;;\;3] \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{   \text{Racines de } P:\quad} x_2=\dfrac{-1+\sqrt {81}}{2\times 2}=\dfrac{-1+9}{4}=\dfrac{8}{4}=2\in[-5\;;\;3]}

D'où les racines de  \overset{ { \white{ _. } } } {  P  }  sont -2,5 et 2.

1. b)  Nous devons en déduire l'axe de symétrie de la parabole d'équation  \overset{ { \white{ _. } } } { y=P(x).   } 

L'axe de symétrie de la parabole passe par le point de coordonnées  \overset{ { \white{ _. } } } { (\alpha\;;\;0)   }  où  \overset{ { \white{ _. } } } {  \alpha=\dfrac{x_1+x_2}{2}=\dfrac{-2,5+2}{2}=-0,25.  } 

Par conséquent, l'axe de symétrie de la parabole d'équation  \overset{ { \white{ _. } } } { y=P(x)   }  est la droite d'équation  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{x=-0,25}   } 

2.  Nous devons établir le tableau de signe de la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  P  }  sur l'intervalle [-5 ; 3].

La fonction  \overset{ { \white{ _. } } } { P   }  admet deux racines : -2,5 et 2.
Le coefficient principal de  \overset{ { \white{ _. } } } { 2x^2+x-10   }  est  \overset{ { \white{ _. } } } { 2>0.   } 
Nous obtenons ainsi le tableau de signe de la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  P  }  sur l'intervalle [-5 ; 3].

{ \white{ WWWWWWW } }  \begin{array}{|c|ccccccc|}\hline&&&&&&&& x&-5&&-2,5&&2&&3\\&&&&&&& \\\hline &&&&&&&&P(x)&&+&0&-&0&+&\\&&&&&&&\\ \hline \end{array}

Partie B

On considère la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } { f   }  définie et dérivable sur l'intervalle   \overset{ { \white{ _. } } } {  [-5\;;\;3]  }  dont on donne ci-dessous la courbe représentative  \overset{ { \white{ _. } } } { C_f.   } 

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La tangente  \overset{ { \white{ _. } } } { T  }  à la courbe  \overset{ { \white{ _. } } } { C_f   }  au point  \overset{ { \white{ _. } } } { A  }  d'abscisse 2 est horizontale.

1.  Nous devons donner la valeur du nombre dérivé  \overset{ { \white{ _. } } } {f'(2).    } 
 \overset{ { \white{ _. } } } {   f'(2) }  représente le coefficient directeur de la tangente  \overset{ { \white{ _. } } } { T  }  à la courbe  \overset{ { \white{ _. } } } { C_f   }  au point  \overset{ { \white{ _. } } } { A  }  d'abscisse 2.
Nous savons que la tangente  \overset{ { \white{ _. } } } { T  }  est horizontale et par suite que son coefficient directeur est nul.

Par conséquent,  \overset{ { \white{ _. } } } { \boxed{f'(2)=0}\,.  } 

2.  Nous devons résoudre l'inéquation  \overset{ { \white{ . } } } { f'(x)<0 .  } 

Avec la précision permise par le graphique, la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f  } semble être strictement décroissante sur l'intervalle ]-2,5 ; 2[.

Dès lors, l'ensemble des solutions de l'inéquation  \overset{ { \white{ . } } } { f'(x)<0   }  est l'intervalle  \overset{ { \white{ _. } } } { ]-2,5\;;\;2[ .  } 

3.  On sait que la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f  }  a pour expression sur l'intervalle [-5 ; 3] :  \overset{ { \white{ _. } } } { f(x)=(4x^2-14x+8)\text e^{0,5x} .  } 

Nous devons démontrer que pour tout  \overset{ { \white{ . } } } {   x }  appartenant à l'intervalle [-5 ; 3], on a :  \overset{ { \white{ _. } } } { f'(x)=P(x)\text e^{0,5x} .  } 

Pour tout  \overset{ { \white{ . } } } {   x }  appartenant à l'intervalle [-5 ; 3],

{ \white{ xxi } } f'(x)=\Big[(4x^2-14x+8)\text e^{0,5x}\Big]' \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)  }=(4x^2-14x+8)'\times\text e^{0,5x}+(4x^2-14x+8)\times(\text e^{0,5x})'  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)  }=(8x-14)\times\text e^{0,5x}+(4x^2-14x+8)\times0,5\,\text e^{0,5x}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)  }=\Big[(8x-14)+0,5\,(4x^2-14x+8)\Big]\,\text e^{0,5x}  }
{ \white{ xxi } } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)  }=(8x-14+2x^2-7x+4)\,\text e^{0,5x}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)  }=(2x^2+x-10)\,\text e^{0,5x}  } \\\overset{ { \white{ . } } } {  \phantom{ f'(x)  }=P(x)\,\text e^{0,5x}  } \\\\\Longrightarrow\quad\boxed{\forall\,x\in[-5\;;3]\,,\quad\;f'(x)=P(x)\,\text e^{0,5x}  }

4.  Nous devons dresser le tableau de variation de la fonction  \overset{ { \white{ _. } } } {  f  }  sur l'intervalle [-5 ; 3].

Puisque l'exponentielle est strictement positive sur  \overset{ { \white{ . } } } {  \R,  }  le signe de  \overset{ { \white{ _. } } } { f'(x)   }  est le signe de  \overset{ { \white{ _. } } } {  P(x)  }  étudié dans la partie A.

Nous obtenons ainsi le tableau de signe de  \overset{ { \white{ _. } } } { f'(x)   }  sur l'intervalle [-5 ; 3].

{ \white{ WWWWWWW } }  \begin{array}{|c|ccccccc|}\hline&&&&&&&& x&-5&&-2,5&&2&&3\\&&&&&&& \\\hline &&&&&&&&P(x)&&+&0&-&0&+&\\&&&&&&&\\\hline &&&&&&&&f'(x)&&+&0&-&0&+&\\&&&&&&&\\ \hline \end{array}

Nous en déduisons le tableau de variation de  \overset{ { \white{ _. } } } {  f  }  sur l'intervalle [-5 ; 3] (Il n'est pas demandé de calculer les images ).

{ \white{ WWWWWWW } }  \begin{array}{|c|ccccccc|}\hline&&&&&&&& x&-5&&-2,5&&2&&3\\&&&&&&& \\\hline &&&&&&&&f'(x)&&+&0&-&0&+&\\&&&&&&&\\\hline &&&&&&&&f&&\nearrow&&\searrow&&\nearrow&\\&&&&&&&\\ \hline \end{array}


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