Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites / Annales du bac
Bac 2022, Asie : exercice 4
Principaux domaines abordés : Suites numériques. Algorithmique et programmation.
On s'intéresse au développement d'une bactérie.
Dans cet exercice, on modélise son développement avec les hypothèses suivantes : cette bactérie a une probabilité de mourir sans descendance et une probabilité de se diviser en deux bactéries filles.
Dans le cadre de cette expérience, on admet que les lois de reproduction des bactéries sont les mêmes pour toutes les générations de bactéries qu'elles soient mère ou fille.
Pour tout entier naturel , on appelle la probabilité d'obtenir au plus descendances pour une bactérie.
On admet que, d'après ce modèle, la suite est définie de la façon suivante :
et, pour tout entier naturel ,
La feuille de calcul ci-dessous donne des valeurs approchées de la suite
Déterminer les valeurs exactes de et (masquées dans la feuille de calcul) et interpréter ces valeurs dans le contexte de l'énoncé.
Quelle est la probabilité, arrondie à près, d'obtenir au moins 11 générations de bactéries à partir d'une bactérie de ce type ?
Formuler des conjectures sur les variations et la convergence de la suite .
Démontrer par récurrence sur que, pour tout entier naturel .
Justifier que la suite est convergente.
On appelle la limite de la suite .
Justifier que est solution de l'équation
Déterminer alors la limite de la suite .
| A | B | |
| 1 | ||
| 2 | 0 | 0,3 |
| 3 | 1 | |
| 4 | 2 | |
| 5 | 3 | 0,40769562 |
| 6 | 4 | 0,416351 |
| 7 | 5 | 0,42134371 |
| 8 | 6 | 0,42427137 |
| 9 | 7 | 0,42600433 |
| 10 | 8 | 0,42703578 |
| 11 | 9 | 0,42765169 |
| 12 | 10 | 0,42802018 |
| 13 | 11 | 0,42824089 |
| 14 | 12 | 0,42837318 |
| 15 | 13 | 0,42845251 |
| 16 | 14 | 0,42850009 |
| 17 | 15 | 0,42852863 |
| 18 | 16 | 0,42854575 |
| 19 | 17 | 0,42855602 |
La fonction suivante, écrite en langage Python, a pour objectif de renvoyer les premiers termes de la suite .
1 def suite(n) : 2 p= \ldots 3 s=[p] 4 for i in range (\ldots) : 5 p=\ldots 6 s.append(p) 7 return (s)Recopier, sur votre copie, cette fonction en complétant les lignes 2, 4 et 5 de façon à ce que la fonction
suite (n)retourne, sous forme de liste, les premiers termes de la suite.
Voir le corrigé
Question 1. a) Pour tout entier naturel , , avec .
Calcul de :
Calcul de :
Donc et .
Interprétation : est la probabilité d'obtenir au plus descendances pour une bactérie. La relation traduit : la bactérie meurt sans descendance (probabilité ), ou elle se divise (probabilité ) et ses deux filles, indépendantes, sont chacune dans le cas de .
Ainsi est la probabilité d'obtenir au plus descendance, soit , et est la probabilité d'en obtenir au plus , soit environ .
Réponse : et .
Question 1. b) Obtenir au moins générations est l'évènement contraire d'en obtenir au plus , dont la probabilité est .
D'après la feuille de calcul, .
Donc la probabilité cherchée est
Donc la probabilité d'obtenir au moins générations est environ .
Réponse : .
Question 1. c) Les valeurs de la feuille de calcul augmentent d'une ligne à la suivante : on conjecture que la suite est croissante.
Les accroissements deviennent de plus en plus petits et les valeurs se stabilisent autour de : on conjecture que la suite converge vers une limite proche de .
Question 2. a) Pour tout entier naturel , on pose : « ».
Initialisation. On a et , donc : est vraie.
Hérédité. Soit un entier naturel fixé tel que soit vraie, c'est-à-dire
Montrons que est vraie, c'est-à-dire .
La fonction carré est strictement croissante sur . Tous les nombres de l'hypothèse de récurrence sont positifs : on conserve donc le sens des inégalités en les élevant au carré :
On multiplie par , ce qui conserve le sens des inégalités :
On ajoute à chaque membre :
Or et . On obtient
Donc : est vraie.
Conclusion. est vraie et est héréditaire : d'après le principe de récurrence, pour tout entier naturel ,
Question 2. b) D'après la question 2. a), pour tout , : la suite est croissante. De plus, pour tout , : elle est majorée par .
D'après le théorème de la limite monotone (toute suite croissante et majorée converge), la suite est convergente.
Question 3. a) La suite converge vers (question 2. b)). La suite décalée converge aussi vers .
On a avec , fonction polynôme donc continue sur .
Par continuité de en , . En passant à la limite dans l'égalité , on obtient
Donc : est solution de l'équation .
Question 3. b) On résout . Le discriminant est
L'équation admet deux solutions :
Pour tout , . Par passage à la limite dans une inégalité large, . Donc .
Donc , c'est-à-dire
Ce résultat est cohérent avec la conjecture de la question 1. c).
Réponse : .
Question 4. La fonction doit renvoyer la liste des premiers termes .
Ligne 2 : on initialise avec , donc
p=0.3.Ligne 4 : la liste
scontient déjà il faut ajouter termes, doncfor i in range(n-1):.Ligne 5 : on calcule le terme suivant avec la relation de récurrence, donc
p=0.3+0.7*p**2.
Fonction complétée :
def suite(n):
p=0.3
s=[p]
for i in range(n-1):
p=0.3+0.7*p**2
s.append(p)
return(s)
Vérification pour : la liste est initialisée à , puis la boucle s'exécute fois et ajoute puis . La fonction renvoie bien les premiers termes .
Points clés attendus
Calculer et exactement, et passer par l'évènement contraire pour « au moins générations ».
Rédiger la récurrence complète (initialisation, hérédité avec la croissance de la fonction carré, conclusion).
Citer le théorème de la limite monotone : suite croissante et majorée.
Justifier le passage à la limite par la continuité de , puis écarter la racine grâce à la majoration par .
Compléter le script Python en justifiant le nombre de tours de boucle (
n-1).
Corrigé rédigé par + qu'un prof. Cherche d'abord seul, puis compare avec ta propre rédaction.
Comment t'entraîner
Chronomètre-toi, rédige sur papier comme le jour du bac, puis seulement après regarde le cours. Si tu bloques sur une question, écris « on admet que… » et passe à la suivante.
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- Chapitre 1 : Suites : le cours · exercices type bac corrigés
Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Asie, 18 mai 2022), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.
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