Fiche de mathématiques
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Bac Union des Comores 2022

Série C

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Durée : 4 heures
Coefficient : 5

3,5 points

exercice 1

Dans l'espace muni d'un repère orthonormé (O,\vec{i},\vec{j},\vec{k})\text{ , } on considère les points A(1;4;1)\text{ ; }B(-1;5;2)\text{ et }C(3;-2;5) .

1-a) Démontrer que les points A,B\text{ et }C déterminent un plan (P) .

b) Montrer qu'une équation cartésienne du plan (P) est x+y+z-6=0 .

2- On considère les plans (Q) et (R) d'équations respectives : 2x-y+z-3=0 \text{ et }-x+2y+3z-12=0 .

a) Démontrer que les plans (Q) et (R) se coupent suivants uine droite (D) de vecteur directeur \overrightarrow{U}(-5;-7;3) .

b) Montrer que E(1;2;3) est un point de la droite (D) .

c) En déduire une représentation paramétrique de la droite (D) .

d) Déterminer les coordonnées du point d'intersection du plan (P) et de la droite (D) .

e) Justifier que les plans (P);(Q)\text{ et }(R) sont concourants en un seul point que l'on précisera ses coordonnées .

4,5 points

exercice 2

On considère l'équation d'inconnue le nombre complexe z \text{ ; } (E_0)\text{ : }z^2-(6\cos \alpha)z+4+5(\cos\alpha)^2=0 avec \alpha\in[0;2\pi] .

1-a) Justifier que le discriminant de l'équation (E_0) est \Delta=(4i\sin\alpha)^2 .

b) Résoudre dans l'ensemble des nombres complexes l'équation (E_0) .

On note M_1 \text{ et }M_2 les points images d'affixes respectives z_1=3\cos \alpha+2i\sin\alpha \text{ et }z_2=3\cos\alpha-2i\sin\alpha dans un repère orthonormé (O,\vec{u},\vec{v}) .

c) Démontrer que les points M_1 \text{ et }M_2 appartiennent à la courbe (E) d'équation réduite : \dfrac{x^2}{9}+\dfrac{y^2}{4}=1 .

d) Déterminer la nature et les éléments caractéristiques de la courbe (E) (centre ; sommets ; foyers et directrices) .

2- Soit h l'homothétie de centre O et de rapport \sqrt{2} et r la rotation de centre O et d'angle de mesure \dfrac{\pi}{4} .

On pose f=r\circ h .

a) Justifier que f est une similitude plane directe .

b) Donner les éléments caractéristiques de f .

c) Montrer que f a pour écriture complexe : z'=(1+i)z .

d) Déterminer les images des sommets de l'ellipse (E) par f .

e)Tracer (E) et (E') image de (E) par f dans le même repère orthonormé (O;\vec{u};\vec{v}) .

4 points

exercice 3

On considère l'équation (E)\text{ : }7x-4y=5 où les inconnues x \text{ et }y sont des entiers relatifs .

1-a) Justifier que 7 et 4 sont premiers entre eux .

b) Vérifier que (-5;-10) est une solution particulière de (E) .

c) Montrer que les solutions de (E) sont les couples (x;y) tels que : x=4k-5 \text{ et }y=7k-10\text{ (}k\in\Z\text{) } .

2- On considère le système (S) défini par (S)\text{ : }\begin{cases} n\equiv 2\enskip[7] \\ n\equiv 7\enskip [4] \end{cases} \enskip(n\in\Z) .

a) Montrer que si n est une solution du système (S) alors il existe un couple (u;v) d'entiers relatifs solution de l'équation (E) .

b) Justifier dans ce cas que n\equiv 23\enskip [28] .

3- Soit k un entier relatif .

a) Déterminer le reste de la division euclidienne de 5^{6k} par 28 .

b) Montrer que 303 est une solution du système (S) puis en déduire que 303^6\equiv 1\enskip[28] .

c) Déterminer l'ensemble des entiers naturels p tels que 303^p-1 soit divisible par 28 .

8 points

probleme

Dans tout le problème , n désigne un entier naturel non nul .


Partie A : Etude d'une fonction auxiliaire


Soit g_n la fonction définie sur \R par g_n(x)=n(x+2)+e^{x+1} .

1-a) Déterminer les limites aux bornes de l'ensemble de définition de la fonction g_n .

b) Etudier le sens de variation de g_n puis dresser le tableau de variation de g_n .

2-a) Montrer que l'équation g_n(x)=0 admet sur \R une solution unique \alpha_n .

b) Vérifier que -3\leq \alpha_n\leq -2 \text{ , }\forall n\in\N^{*} .

c) En déduire le signe de g_n(x) suivant les valeurs de x .

3-a) Vérifier que \forall n\in\N^{*} \text{ : }g_{n+1}(x)=\alpha_n+2 ; Puis déduire son signe .

b) Justifier que la suite (\alpha_n) est croissante .

c) En déduire qu'elle converge vers un réel \ell .

d) Vérifier que \forall n\in\N^{*} \text{ : }\alpha_n=-\dfrac{e^{\alpha_{n}+1}}{n}-2 ; puis préciser la valeur de \ell .

Partie B : Etude d'une fonction f_n


Soit f_n la fonction définie sur \R par : f_n(x)=\dfrac{x+1}{1+ne^{-x-1}} . On désigne par (C_n) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O;\vec{i};\vec{j}) .

1- Calculer \displaystyle\lim_{x\to-\infty}f_n(x) puis interpréter graphiquement le résultat .

2-a) Calculer \displaystyle\lim_{x\to+\infty}f_n(x)

b) Montrer que la droite (D) d'équation y=x+1 est une asymptote oblique à la courbe (C_n) en +\infty .

c) Etudier la position relative de (C_n) par rapport à la droite (D) .

3-a) Montrer que \forall x\in\R\text{ : }f'_n(x)=\dfrac{e^{-x-1}\left[g_n(x)\right]}{(1+ne^{-x-1})^2} .

b) Montrer que \forall n\in\N^{*} \text{ : }f_n(\alpha_n)=\alpha_n+2 .

c) Dresser le tableau de variation de f_n .

4-a) Montrer que \forall n\in\N^{*} \text{ et } \forall x\in\R \text{ ; } f_{n+1}(x)-f_n(x)=\dfrac{(-x-1)e^{-x-1}}{[1+(n+1)e^{-x-1}](1+ne^{-x-1})} .

b) Jusitifier que : f_{n+1}(x)-f_n(x) \text{ et }-x-1 ont le même signe sur \R .

c) Etudier la position des courbes (C_{n+1})\text{ et }(C_n) .

5- Construire les courbes (C_1) et (C_2) \enskip . \enskip \text{(On prendra } \alpha_1 \approx -2,25 \text{ et }\alpha_2 \approx -2,15 \text{) } .

Partie C : Etude d'une suite intégrale


(u_n) est la suite définie sur \N^{*} par u_n=\displaystyle\int_{-1}^{0} f_n(x)\text{ d}x .

1- En intégrant par parties ; Calculer l'intégrale I=\displaystyle \int_{-1}^{0} (x+1)e^{x+1}\text{ d}x .

2-a) Montrer que \forall n\in\N^{*} \text{ : }f_n(x)=\dfrac{(x+1)e^{x+1}}{n+e^{x+1}} \text{ puis } \forall x\in[-1;0] \text{ : }\dfrac{(x+1)e^{x+1}}{n+3}\leq f_n(x)\leq \dfrac{(x+1)e^{x+1}}{n+1} .

b) En déduire que \forall n\in \N^{*} \text{ : }\dfrac{1}{n+3}\leq u_n\leq \dfrac{1}{n+1} .

c) Justifier la convergence de la suite (u_n) .
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