Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites / Annales du bac
Bac 2023, Amérique du Sud : exercice 4
Partie A
Le but de la partie A est d'étudier le comportement de la suite définie par et par la relation de récurrence, pour tout entier naturel :
Cette relation de récurrence s'écrit , où est la fonction définie sur par :
Démontrer que la fonction est strictement croissante sur l'intervalle .
On admet que pour tout entier naturel .
Calculer puis effectuer un raisonnement par récurrence pour démontrer que pour tout rentier naturel .
En déduire que la suite est convergente.
Justifier que la limite de la suite est égale à .
Partie B
Le but de cette partie est d'étudier un modèle d'évolution d'une population.
En 2022, cette population compte 3000 individus.
On note l'effectif en milliers de la population l'année . Ainsi .
Selon un modèle inspiré du modèle de Verhulst, mathématicien belge du XIXe siècle, on considère que, pour tout entier naturel :
, où est un réel strictement positif.
Le réel est un facteur de freinage qui permet de tenir compte du caractère limité des ressources du milieu dans lequel évoluent ces individus.
Dans cette question .
Justifier que la suite est une suite géométrique dont on précisera la raison.
Déterminer la limite de .
Dans cette question .
Pour tout entier naturel , on pose .
Calculer puis montrer que, pour tout entier naturel , .
Dans ce modèle, justifier que la population se stabilisera autour d'une valeur que l'on précisera.
Voir le corrigé
Partie A
Question 1.
Pour tout réel , .
La fonction est un polynôme, donc dérivable sur , et
Pour , on a , donc .
La dérivée ne s'annule qu'en , extrémité de l'intervalle.
Donc est strictement positive sur et nulle seulement en : est strictement croissante sur .
Question 2.
On calcule :
On pose, pour tout entier naturel , la propriété : « ».
Initialisation. On a et , donc : est vraie.
Hérédité. Soit un entier naturel fixé tel que soit vraie, c'est-à-dire (hypothèse de récurrence).
Montrons , c'est-à-dire .
D'après le résultat admis, et : les deux nombres et appartiennent à .
La fonction est croissante sur (question 1).
On applique à l'inégalité en conservant le sens :
Or et , donc : est vraie.
Conclusion. est vraie et est héréditaire : d'après le principe de récurrence, est vraie pour tout entier naturel .
Donc, pour tout entier naturel , .
Réponse : .
Question 3.
D'après la question 2, la suite est croissante.
D'après l'énoncé, pour tout , : elle est majorée par .
D'après le théorème de la limite monotone (une suite croissante et majorée converge), la suite est convergente.
Question 4.
Notons la limite de la suite (elle existe d'après la question 3).
La suite est croissante, donc pour tout , . Par passage à la limite dans les inégalités, .
La fonction est continue sur (polynôme) et . Quand tend vers , et tendent vers et tend vers .
Par unicité de la limite, .
On résout :
Or , donc .
Donc la limite de la suite est .
Réponse : .
Partie B
Question 1. a)
Pour , la relation devient .
Donc, pour tout entier naturel , .
La suite est donc géométrique de raison , de premier terme .
Question 1. b)
Pour tout entier naturel , .
Comme , .
Donc, par produit par , .
Réponse : .
Question 2. a)
On a .
Pour et tout entier naturel :
De , on tire .
Donc
Donc et, pour tout entier naturel , .
Réponse : .
Question 2. b)
La suite a le même premier terme et vérifie la même relation de récurrence que la suite de la partie A.
Par récurrence immédiate, pour tout entier naturel .
D'après la partie A, .
Comme , on obtient .
Donc, dans ce modèle, l'effectif de la population se stabilise autour de milliers, soit individus.
Réponse : individus.
Points clés attendus
Croissance de établie par le signe de sur .
Récurrence rédigée complètement : initialisation, hérédité avec et croissance de , conclusion.
Théorème de la limite monotone : suite croissante et majorée.
Limite : continuité de , équation , élimination de grâce à .
Partie B : reconnaître la suite de la partie A pour conclure, avec le changement d'échelle .
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 2023 (Amérique du Sud, 26 septembre 2023 (jour 1)), 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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