Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites / Annales du bac
Bac 2023, Centres étrangers : exercice 4
Un biologiste a modélisé l'évolution d'une population de bactéries (en milliers d'entités) par la fonction définie sur par
où désigne le temps en heures depuis le début de l'expérience.
À partir de cette modélisation, il propose les trois affirmations ci-dessous.
Pour chacune d'elles, indiquer, en justifiant, si elle est vraie ou fausse.
Affirmation 1 : « La population augmente en permanence ».
Affirmation 2 : « À très long terme, la population dépassera 21000 bactéries ».
Affirmation 3 : « La population de bactéries aura un effectif de 10000 à deux reprises au cours du temps ».
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Pour tout réel , est la population de bactéries, en milliers, heures après le début de l'expérience :
Étude préliminaire de .
La fonction est dérivable sur comme somme et composée de fonctions dérivables.
On pose , dérivable avec .
D'après la formule de dérivation d'une composée :
Pour tout réel , , donc a le signe de :
pour ,
pour , .
Donc est strictement décroissante sur et strictement croissante sur .
On calcule les valeurs utiles : et (en milliers).
Affirmation 1.
L'affirmation 1 est fausse.
La fonction est strictement décroissante sur : la population diminue pendant la première heure, puisque .
Il suffit d'un intervalle de temps où elle diminue pour que « la population augmente en permanence » soit fausse.
Donc l'affirmation 1 est fausse.
Réponse : fausse.
Affirmation 2.
L'affirmation 2 est fausse.
On a (limite d'un polynôme en , déterminée par son terme de plus haut degré ).
Par limite d'une composée, avec :
Donc :
De plus, pour tout , , donc .
La population reste donc strictement inférieure à milliers, soit environ bactéries, et ne dépasse jamais .
Donc l'affirmation 2 est fausse.
Réponse : fausse.
Affirmation 3.
L'affirmation 3 est vraie.
Un effectif de bactéries correspond à (en milliers). On cherche le nombre de solutions de cette équation sur .
Sur . On vérifie les hypothèses du théorème des valeurs intermédiaires (corollaire pour les fonctions strictement monotones) :
est continue sur (car dérivable)
est strictement décroissante sur
est compris entre et .
D'après ce théorème, l'équation admet une unique solution sur (environ ).
Sur . On vérifie de même :
est continue sur
est strictement croissante sur
, et est la limite de en .
D'après ce théorème, l'équation admet une unique solution sur (environ ).
Ces deux solutions sont distinctes (l'une est dans , l'autre dans , car ).
Donc l'équation admet exactement deux solutions : la population compte bactéries à deux reprises au cours du temps, et l'affirmation 3 est vraie.
Réponse : vraie.
Points clés attendus
Dérivée de calculée avec le bon signe, puis signe de justifié par la positivité de l'exponentielle.
Un seul intervalle de décroissance suffit pour réfuter l'affirmation 1.
Limite en par composée, et comparaison de bactéries avec majoration stricte .
Théorème des valeurs intermédiaires appliqué sur chacun des deux intervalles de monotonie, avec les hypothèses vérifiées (continuité, stricte monotonie, valeur entre les bornes).
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 (Centres étrangers, 13 mars 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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