Terminale Spé Maths / Chapitre 7 : Primitives et équations différentielles / Annales du bac
Bac 2024, Polynésie : exercice 2
Une entreprise fabrique des objets en plastique en injectant dans un moule de la matière fondue à ° C. On cherche à modéliser le refroidissement du matériau à l'aide d'une fonction donnant la température du matériau injecté en fonction du temps .
Le temps est exprimé en seconde et la température est exprimée en degré Celsius.
On admet que la fonction cherchée est solution d'une équation différentielle de la forme suivante où est une constante réelle que l'on cherche à déterminer:
Partie A
Justifier l'affichage suivant d'un logiciel de calcul formel:
Entrée : RésoudreEquationDifférentielle Sortie : La température de l'atelier est de 30 ° C. On admet que la température tend vers 30 ° C lorsque tend vers l'infini.
Démontrer que .
Déterminer l'expression de la fonction cherchée en tenant compte de la condition initiale
Partie B
On admet ici que la température (exprimée en degré Celsius) du matériau injecté en fonction du temps (exprimé en seconde) est donnée par la fonction dont l'expression et une représentation graphique sont données ci-dessous:

L'objet peut être démoulé lorsque sa température devient inférieure à 50° C.
Par lecture graphique, donner une valeur approchée du nombre de secondes à attendre avant de démouler l'objet.
Déterminer par le calcul la valeur exacte de ce temps .
À l'aide d'une intégrale, calculer la valeur moyenne de la température sur les premières secondes.
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Partie A
Question 1.
L'équation s'écrit , soit .
Équation homogène. Les solutions de sont les fonctions , avec réel.
Solution particulière. La fonction constante est solution de : et
Les solutions de sont la somme d'une solution particulière et des solutions de l'équation homogène :
Donc l'affichage du logiciel de calcul formel est justifié.
Question 2.
La fonction est de la forme .
On a et . Donc , puis
D'après l'énoncé, cette limite vaut . Donc , soit .
Donc .
Question 3.
Avec , on a et .
La condition initiale donne
Donc, pour tout ,
Partie B
Question 1. a)
On cherche l'abscisse du point de la courbe d'ordonnée . Graphiquement, la courbe passe sous la droite d'équation pour une valeur de voisine de .
Donc on peut démouler l'objet au bout d'environ secondes.
Réponse : secondes.
Question 1. b)
La fonction est strictement décroissante sur (c'est , avec décroissante). Le temps à attendre est donc la plus petite valeur de telle que .
On résout l'inéquation :
La fonction est strictement croissante sur , donc
La valeur exacte de est donc . Comme , on a aussi .
Valeur approchée : secondes, ce qui est cohérent avec la lecture graphique.
Donc l'objet peut être démoulé au bout de secondes, soit environ secondes.
Réponse : secondes.
Question 2.
La valeur moyenne de sur est
Une primitive de est . Donc
D'où
Donc la température moyenne du matériau sur les premières secondes est , soit environ degrés Celsius (valeur approchée au dixième).
Réponse : .
Points clés attendus
Résoudre l'équation différentielle : solutions de l'équation homogène plus solution particulière constante.
Utiliser la limite de en pour trouver , puis la condition initiale pour trouver .
Pour le temps : résoudre avec la stricte croissance de , et donner la valeur exacte avant l'approximation.
Écrire la valeur moyenne avec les bonnes bornes et une primitive correcte (facteur ).
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 2024 (Polynésie, 19 juin 2024 (jour 1)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès et François Hache) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.
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