Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites / Annales du bac
Bac 2022, Groupe I : exercice 4
Partie A
On considère la fonction définie pour tout réel de ]0 1] par:
Calculer la limite de en .
On admet que est dérivable sur ]0 1]. On note sa fonction dérivée.
Démontrer que, pour tout réel appartenant à ]0 1], on a :
Justifier que, pour tout réel appartenant à ]0 1], on a .
En déduire le tableau de variation de sur ]0 1].
Démontrer qu'il existe un unique réel appartenant à ]0 1] tel que .
Partie B
On définit deux suites et par:
Calculer et . On donnera des valeurs approchées à près.
On considère ci-dessous la fonction
termes, écrite en langage Python.def termes (n) : a=1/10 b=1 for k in range(0,n) : c= \ldots b = \ldots a = c return(a,b)Recopier et compléter sans justifier le cadre ci-dessus de telle sorte que la fonction termes calcule les termes des suites et .
On rappelle que la fonction est décroissante sur .
Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel , on a :
En déduire que les suites et sont convergentes.
On note la limite de et la limite de .
On admet que et appartiennent à l'intervalle ]0 1], et que et .
Démontrer que .
Déterminer .
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Partie A
Question 1.
On cherche la limite de quand tend vers par valeurs supérieures.
On a et . Par limite d'une composée,
D'autre part,
Par somme des limites,
Donc la limite de en est .
Réponse : .
Question 2.
On admet que est dérivable sur .
La fonction est de la forme avec , donc sa dérivée est , soit .
La dérivée de est .
Donc, pour tout ,
On met au même dénominateur , qui est non nul :
Donc, pour tout réel de , .
Question 3.
Soit .
On a et la fonction exponentielle est strictement croissante sur , donc . De plus .
Comme et , on obtient en multipliant par :
Or , donc
Donc, pour tout , .
On en déduit le signe de :
le numérateur est strictement positif
le dénominateur est strictement positif.
Donc pour tout .
La fonction est donc strictement croissante sur .
Ses limites et valeurs aux bornes sont : (question 1) et
Tableau de variations décrit en phrases : est strictement croissante sur , elle part de en et atteint la valeur en .
Réponse : est strictement croissante sur , de limite en , avec .
Question 4.
La fonction est dérivable sur , donc continue sur cet intervalle.
Elle est strictement croissante sur (question 3).
Son image est l'intervalle , puisque et .
Or , car .
D'après le théorème des valeurs intermédiaires, dans sa version pour les fonctions continues et strictement monotones (théorème de la bijection), l'équation admet une solution dans , et cette solution est unique.
Donc il existe un unique réel tel que .
Partie B
Question 1. a)
On a et .
Donc et à près.
Réponse : et .
b)
À chaque passage dans la boucle, on doit calculer et à partir de et .
La variable c sert à mémoriser le nouveau : elle permet de calculer le nouveau avec l'ancienne valeur de a, avant d'écraser a par c.
On suppose la fonction exp disponible (par exemple avec from math import exp).
def termes(n):
a = 1/10
b = 1
for k in range(0, n):
c = exp(-b)
b = exp(-a)
a = c
return (a, b)
Réponse : c = exp(-b) puis b = exp(-a).
Question 2. a)
Pour tout entier naturel , on note la propriété
Initialisation. On a , , et .
Donc : est vraie.
Hérédité. Soit fixé tel que soit vraie, c'est-à-dire
Montrons .
La fonction est décroissante sur : elle inverse l'ordre des inégalités. On l'applique à chaque membre de l'hypothèse de récurrence en renversant le sens des inégalités :
D'après les définitions des suites, on a
On obtient donc
Comme , on en déduit
Donc est vraie.
Conclusion. est vraie et est héréditaire : d'après le principe de récurrence, est vraie pour tout entier naturel .
b)
D'après la question précédente, pour tout , : la suite est croissante.
De plus, donc : la suite est majorée par .
D'après le théorème de la limite monotone (toute suite croissante et majorée converge), la suite converge.
De même, pour tout , : la suite est décroissante.
De plus, : la suite est minorée par .
D'après le théorème de la limite monotone (toute suite décroissante et minorée converge), la suite converge.
Donc les suites et sont convergentes.
Question 3. a)
On admet que et , avec et dans .
De et , on déduit en appliquant :
De , on a .
Donc
Donc .
b)
De même, et donnent , et .
Donc
Les réels et appartiennent à et vérifient tous deux .
D'après la question A.4, l'équation admet une seule solution dans .
Donc et , d'où .
Donc .
Réponse : .
Points clés attendus
Partie A : limite de en par somme, justification de sur , puis signe de et théorème de la bijection (continuité, stricte monotonie, valeurs aux bornes) pour l'unicité de .
Question B.1.b : utiliser la variable
cpour ne pas perdre l'ancienne valeur dea.Récurrence : énoncer la propriété avec les cinq inégalités, et citer la décroissance de qui renverse le sens des inégalités.
Convergence : citer le théorème de la limite monotone en précisant, pour chaque suite, sa monotonie et son majorant ou minorant.
Question B.3 : se servir des relations et avec , puis de l'unicité de la solution de pour conclure .
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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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Groupe I, 19 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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