Informations sur l'examen
Épreuve : Mathématiques
Section : Sciences expérimentales
Session : Principale 2022
Durée : 3 heures
Coefficient : 3
Le sujet comporte 4 pages numérotées de 1/4 à 4/4. La page 4/4 est à rendre avec la copie.
Nous vous présentons le sujet complet de mathématiques du baccalauréat tunisien 2022 pour la section Sciences Expérimentales. Ce sujet couvre plusieurs aspects fondamentaux du programme de mathématiques de terminale, notamment les nombres complexes, les probabilités, les suites et intégrales, ainsi que l'étude de fonctions.
Exercice 1
5,5 pointsOn a :
- $a = 1$
- $b = -(i + 2e^{i\theta})$
- $c = e^{2i\theta} + ie^{i\theta}$
Le discriminant :
avec $\delta = i$ donc :
d'où $S_{\mathbb{C}} = \{i + e^{i\theta}, e^{i\theta}\}$
Les trois points A, B et C sont alignés si et seulement si :
Donc : $\theta = \frac{\pi}{2}$ ou $\theta = -\frac{\pi}{2}$ car $\theta \in \left[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right]$.
Méthode 1 :
On remarque que : $z_B - z_A = z_C$ donc $\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{OC}$ et comme A, B et C ne sont pas alignés alors OABC est un parallélogramme.
On a aussi $OA = |i| = |e^{i\theta}| = OC$ donc OABC est un losange.
Méthode 2 :
On a : $|i| = |e^{i\theta}| = |ie^{i\theta}|$ donc $OA = OB = BC = OC$ donc OABC est un losange.
Donc : $\mathcal{A}(\theta) = \cos\theta$
Exercice 2
3,5 pointsOn considère l'arbre de probabilité où A et F sont deux événements tels que la probabilité de F est:
On a : $p(F) = \frac{5}{12}$ avec $F = (F \cap \bar{A}) \cup (F \cap A)$
Comme $p(F) = p(F \cap \bar{A}) + p(F \cap A)$
alors $p(F \cap \bar{A}) = p(F) - p(F \cap A) = \frac{5}{12} - \frac{2}{3} \times \frac{1}{4} = \frac{3}{12} = \frac{1}{4}$
Exercice 3
4 pointsPour $n = 1$, on a : $K_3 + K_1 = \frac{1}{2}$
alors : $K_3 = \frac{1}{2} - K_1$
donc $K_3 = \frac{1}{2} - \frac{1}{2}ln2$
Pour tout $x \in [0,1]$, $1 + x^2 \geq 1$ donc $0 \leq \frac{1}{1+x^2} \leq 1$
d'où $0 \leq \frac{x^n}{1+x^2} \leq x^n$
Les fonctions $x \mapsto \frac{x^n}{1+x^2}$ et $x \mapsto x^n$ sont continues sur $[0,1]$.
Alors $0 \leq \int_0^1 \frac{x^n}{1+x^2} dx \leq \int_0^1 x^n dx$ et par suite $0 \leq K_n \leq \frac{1}{n+1}$
On a : $\lim_{n \to +\infty} \frac{1}{n+1} = 0$ donc $\lim_{n \to +\infty} K_n = 0$
On pose :
Par intégration par parties :
On a : $\lim_{n \to +\infty} K_n = 0$ donc $\lim_{n \to +\infty} I_n = 0$
Exercice 4
7 points$x \in \mathbb{R}$; $u(x) = 1 + xe^x$
$u'(x) = e^x + xe^x = (1 + x)e^x$
Pour tout $x \in \mathbb{R}$, $e^x > 0$ alors $u'(x)$ et $(1 + x)$ ont le même signe.
- $u'(x) \leq 0 \Leftrightarrow 1 + x \leq 0 \Leftrightarrow x \leq -1$ donc $u$ est strictement décroissante sur $]-\infty, -1]$
- $u'(x) \geq 0 \Leftrightarrow 1 + x \geq 0 \Leftrightarrow x \geq -1$ donc $u$ est strictement croissante sur $[-1, +\infty[$
$u$ admet en $(-1)$ un minimum absolu égal à $(1 - e^{-1}) > 0$
Donc pour tout $x \in \mathbb{R}$, $u(x) > 0$
On considère la fonction f définie sur ℝ par $f(x) = -x + \ln(1 + xe^x)$ et on désigne par (ζ) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O,i,j).
car $\lim_{x \to -\infty} (1 + xe^x) = 0$ et $\lim_{x \to -\infty} (-x) = +\infty$
Donc la droite $\Delta: y = -x$ est une asymptote oblique à la courbe $(\zeta)$ au voisinage de $-\infty$
On a : $f(x) + x = \ln(1 + xe^x)$
- La courbe $(\zeta)$ est dessus de $\Delta$ pour $x \geq 0$.
- La courbe $(\zeta)$ est dessous de $\Delta$ pour $x \leq 0$.
Car $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln x}{x} = 0$ et $\lim_{x \to +\infty} (\frac{1}{xe^x} + 1) = 1$
Donc la courbe $(\zeta)$ admet une branche infinie parabolique de direction celle de $(O,i)$ au V(+∞)
On a pour tout $x \in \mathbb{R}$ : $f(x) = \ln(e^{-x} + x)$
On sait d'après A) que pour tout $x \in \mathbb{R}$ : $1 + xe^x > 0$
Donc $f'(x)$ et $e^x - 1$ ont le même signe sur $\mathbb{R}$
- $f'(x) \geq 0 \Leftrightarrow e^x - 1 \geq 0 \Leftrightarrow e^x \geq 1 \Leftrightarrow x \geq 0$
- $f'(x) \leq 0 \Leftrightarrow e^x - 1 \leq 0 \Leftrightarrow e^x \leq 1 \Leftrightarrow x \leq 0$
Tableau de variation de f :
$x$ | $-\infty$ | $0$ | $+\infty$ |
$f'(x)$ | $-$ | $0$ | $+$ |
$f(x)$ | $+\infty$ | $0$ | $+\infty$ |
➢ La fonction h est strictement croissante sur $]-\infty, 0]$ donc elle réalise une bijection de $]-\infty, -1]$ sur h($]-\infty, -1]$) = $]-\infty, 1]$.
Comme $0 \in ]-\infty, 1]$ alors l'équation h(x) = 0 admet une unique solution $\alpha \in ]-\infty, 0]$
➢ La fonction h est strictement décroissante sur $[0, +\infty[$ donc elle réalise une bijection de $[0, +\infty[$ sur h($[0, +\infty[$) = $]-\infty, 1]$.
Comme $0 \in ]-\infty, 1]$ alors l'équation h(x) = 0 admet une unique solution $\beta \in [0, +\infty[$.
Conclusion : l'équation h(x) = 0 admet exactement deux solutions α et β.
Montrer que pour tout réel x:
On sait que : pour tout $x \in \mathbb{R}$, $\frac{e^x}{(1+xe^x)^2} > 0$ donc $f''(x)$ et $h(x)$ ont le même signe.
Donc $f''(x)$ s'annule et change de signe également en $\alpha$ et $\beta$
Donc les deux points A($\alpha$, f($\alpha$)) et B($\beta$, f($\beta$)) sont deux points d'inflexions de (C)
On a placé sur l'axe des abscisses les réels α et β.
On a : pour tout $x \in [1, +\infty[$ : $f(x) = \ln(x + e^{-x})$
Donc : $f(x) - \ln x = \ln(x + e^{-x}) - \ln x = \ln \frac{x+e^{-x}}{x} = \ln(1 + \frac{1}{xe^x})$
➢ D'une part $1 + \frac{1}{xe^x} > 1$ donc $\ln(1 + \frac{1}{xe^x}) > 0$ donc $f(x) - \ln x > 0$, par suite $f(x) \geq \ln x$
➢ D'autre part $x \geq 1 \Leftrightarrow e^x \geq e$, donc $xe^x \geq e \Leftrightarrow \frac{1}{xe^x} \leq \frac{1}{e} \Leftrightarrow 1 + \frac{1}{xe^x} \leq 1 + \frac{1}{e}$
$\Leftrightarrow \ln(1 + \frac{1}{xe^x}) \leq \ln(1 + \frac{1}{e})$
Par suite $f(x) \leq \ln x + \ln(1 + e^{-1})$
Conclusion : Pour tout $x \in [1, +\infty[$ : $\ln x \leq f(x) \leq \ln x + \ln(1 + e^{-1})$
Les fonctions : $x \mapsto \ln x$ et $x \mapsto \ln x + \ln(1 + \frac{1}{e})$ sont continues sur $[1,\lambda]$ alors :
donc $\int_1^{\lambda} \ln x \, dx \leq \mathcal{A}_\lambda \leq \int_1^{\lambda} \ln x + \ln(1 + e^{-1})dx$
On a : $\int_1^{\lambda} \ln x \, dx = [x\ln x - x]_1^{\lambda} = \lambda\ln\lambda - \lambda + 1$
$\int_1^{\lambda} \ln x + \ln(1 + e^{-1})dx = [x\ln x - x + x\ln(1 + e^{-1})]_1^{\lambda}$
$= \lambda\ln\lambda - \lambda(-1 + \ln(1 + e^{-1})) + 1 - \ln(1 + e^{-1})$
Donc pour tout $\lambda > 1$: $\lambda\ln\lambda - \lambda + 1 \leq \mathcal{A}_\lambda \leq \lambda\ln\lambda - \lambda(-1 + \ln(1 + e^{-1})) + 1 - \ln(1 + e^{-1})$
On a : pour tout $\lambda > 1$ : $\mathcal{A}_\lambda \geq \lambda\ln\lambda - \lambda + 1$ et $\lim_{\lambda \to +\infty} \lambda\ln\lambda - \lambda + 1 = +\infty$ donc
- $\lim_{\lambda \to +\infty} \mathcal{A}_\lambda = +\infty$
- $\lim_{\lambda \to +\infty} \frac{\mathcal{A}_\lambda}{\lambda\ln\lambda} = 1$, car $1 - \frac{1}{\ln\lambda} + \frac{1}{\lambda\ln\lambda} \leq \frac{\mathcal{A}_\lambda}{\lambda\ln\lambda} \leq 1 - \frac{1}{\ln\lambda}(-1 + \ln(1 + e^{-1})) + \frac{1-\ln(1+e^{-1})}{\lambda\ln\lambda}$
Conseils pour réussir l'épreuve de mathématiques
Pour bien aborder une épreuve de mathématiques au baccalauréat tunisien, voici quelques conseils :
- Gérez votre temps : 3 heures pour 4 exercices, accordez donc environ 45 minutes par exercice en gardant du temps pour la relecture.
- Commencez par les questions faciles : n'hésitez pas à sauter une question difficile pour y revenir plus tard.
- Soignez votre rédaction : les étapes de raisonnement doivent être clairement indiquées.
- Utilisez les résultats intermédiaires : même si vous n'avez pas trouvé le résultat d'une question, vous pouvez l'utiliser pour la suite.
- Vérifiez vos calculs : prenez le temps de vérifier vos résultats.
Conclusion
Le sujet de mathématiques du baccalauréat tunisien 2022 pour la section Sciences Expérimentales est un excellent exemple des compétences attendues à la fin du cycle secondaire. Il teste non seulement les connaissances techniques, mais aussi la capacité à raisonner et à appliquer ces connaissances dans différents contextes.
Pour les élèves qui préparent le baccalauréat, ce sujet constitue un excellent support de révision et permet de se familiariser avec le format et le niveau d'exigence de l'épreuve.