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Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites / Annales du bac

Bac 2025, Métropole : exercice 1

10 septembre 2025 · jour 2 · 6 points

El Niño est un phénomène océanique à grande échelle du Pacifique équatorial qui affecte le régime des vents, la température de la mer et les précipitations sur l’ensemble du globe. Certaines années, ce phénomène est dit « dominant ». Les scientifiques cherchent à modéliser l’apparition de ce phénomène.

Dans cet exercice, les parties A et B sont indépendantes

Partie A - Premier modèle

À partir d’un échantillon de données, on considère une première modélisation :

  • chaque année, la probabilité que le phénomène El Niño soit dominant est égale à 0,40,4

  • la survenue du phénomène El Niño se fait de façon indépendante d’une année sur l’autre.

On note XX la variable aléatoire qui, sur une période de 10 ans, associe le nombre d’années où El Niño est dominant.

  1. Justifier que XX suit une loi binomiale et préciser les paramètres de cette loi.

    1. Calculer la probabilité que, sur une période de 10 ans, le phénomène El Niño soit dominant exactement 2 années.

    2. Calculer P(X⩽2)P(X \leqslant 2). Que signifie ce résultat dans le contexte de l’exercice ?

  2. Calculer E(X)E(X). Interpréter ce résultat.

Partie B - Second modèle

Après une étude d’un recueil de données plus important sur les 50 dernières années, une autre modélisation apparait plus pertinente :

  • si le phénomène El Niño est dominant une année, alors la probabilité qu’il le soit encore l’année suivante est 0,50,5

  • par contre, si le phénomène El Niño n’est pas dominant une année, alors la probabilité qu’il soit dominant l’année suivante est 0,30,3.

On considère que l’année de référence est 2023.

On note pour tout entier naturel nn :

  • EnE_n l’évènement « le phénomène El Niño est dominant l’année 2023+n2023 + n »

  • pnp_n la probabilité de l’évènement EnE_n.

En 2023, El Niño n’était pas dominant. On a ainsi p0=0p_0 = 0.

  1. Soit nn un entier naturel. Recopier et compléter l’arbre pondéré suivant :

    Figure de l'énoncé, exercice 1, Métropole 10 septembre 2025
  2. Justifier que p1=0,3p_1 = 0,3.

  3. En vous aidant de l’arbre, montrer que, pour tout entier naturel nn, on a :

    pn+1=0,2pn+0,3p_{n+1} = 0,2p_n + 0,3

On cherche à prévoir l’évolution de l’apparition du phénomène El Niño.

    1. Conjecturer les variations et la limite éventuelle de la suite (pn)(p_n).

    2. Montrer par récurrence que, pour tout entier naturel nn, on a : pn⩽38p_n \leqslant \dfrac38.

    3. Déterminer le sens de variation de la suite (pn)(p_n).

    4. En déduire la convergence de la suite (pn)(p_n).

On cherche à déterminer la limite de la suite (pn)(p_n).

  1. Soit (un)(u_n) la suite définie par un=pn−38u_n = p_n - \dfrac38 pour tout entier naturel nn.

    1. Montrer que la suite (un)(u_n) est géométrique de raison 0,2 et préciser son premier terme.

    2. Montrer que, pour tout entier naturel nn, on a :

      pn=38(1−0,2n).p_n = \dfrac38\left(1 - 0,2^n\right).

    3. Calculer la limite de la suite (pn)(p_n).

    4. Interpréter ce résultat dans le contexte de l’exercice.

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Partie A

Question 1.

On considère l'épreuve de Bernoulli suivante : « une année donnée, le phénomène El Niño est dominant ». Le succès a pour probabilité p=0,4p=0{,}4.

On répète cette épreuve sur 10 années. D'après l'énoncé, la survenue du phénomène est indépendante d'une année sur l'autre, et la probabilité 0,40{,}4 est la même chaque année.

On a donc la répétition de 1010 épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes, de même probabilité de succès 0,40{,}4.

La variable aléatoire XX compte le nombre de succès.

Donc XX suit la loi binomiale de paramètres n=10n=10 et p=0,4p=0{,}4.

Question 2. a)

Pour une loi binomiale de paramètres n=10n=10 et p=0,4p=0{,}4, on a pour tout entier kk compris entre 00 et 1010 :

P(X=k)=(10k)×0,4k×0,610−k.P(X=k)=\binom{10}{k}\times 0{,}4^{k}\times 0{,}6^{10-k}.

Avec k=2k=2 :

P(X=2)=(102)×0,42×0,68=45×0,42×0,68.P(X=2)=\binom{10}{2}\times 0{,}4^{2}\times 0{,}6^{8}=45\times 0{,}4^{2}\times 0{,}6^{8}.

À la calculatrice, on obtient P(X=2)≈0,121P(X=2)\approx 0{,}121 (arrondie au millième).

Réponse : P(X=2)=45×0,42×0,68≈0,121P(X=2)=45\times 0{,}4^{2}\times 0{,}6^{8}\approx 0{,}121.

Donc la probabilité que, sur une période de 10 ans, le phénomène El Niño soit dominant exactement 2 années est environ 0,1210{,}121.

Question 2. b)

L'évènement {X⩽2}\{X\leqslant 2\} est la réunion des évènements deux à deux incompatibles {X=0}\{X=0\}, {X=1}\{X=1\} et {X=2}\{X=2\}. Donc

P(X⩽2)=P(X=0)+P(X=1)+P(X=2)=0,610+10×0,4×0,69+45×0,42×0,68.\begin{aligned} P(X\leqslant 2)&=P(X=0)+P(X=1)+P(X=2)\\ &=0{,}6^{10}+10\times 0{,}4\times 0{,}6^{9}+45\times 0{,}4^{2}\times 0{,}6^{8}. \end{aligned}

À la calculatrice : P(X=0)≈0,006P(X=0)\approx 0{,}006, P(X=1)≈0,040P(X=1)\approx 0{,}040 et P(X=2)≈0,121P(X=2)\approx 0{,}121, d'où P(X⩽2)≈0,167P(X\leqslant 2)\approx 0{,}167 (arrondie au millième).

Réponse : P(X⩽2)≈0,167P(X\leqslant 2)\approx 0{,}167.

Donc la probabilité que, sur une période de 10 ans, le phénomène El Niño soit dominant au plus 2 années est environ 0,1670{,}167, soit environ 16,7 %16{,}7\,\%.

Question 3.

XX suit la loi binomiale de paramètres n=10n=10 et p=0,4p=0{,}4. Son espérance est donc

E(X)=np=10×0,4=4.E(X)=np=10\times 0{,}4=4.

Réponse : E(X)=4E(X)=4.

Donc, sur une période de 10 ans, le phénomène El Niño est dominant en moyenne 4 années.

Partie B

Question 1.

Les données de l'énoncé se traduisent ainsi :

  • PEn(En+1)=0,5P_{E_n}(E_{n+1})=0{,}5

  • PEn‾(En+1)=0,3P_{\overline{E_n}}(E_{n+1})=0{,}3.

Par complémentaire, PEn(En+1‾)=1−0,5=0,5P_{E_n}\left(\overline{E_{n+1}}\right)=1-0{,}5=0{,}5 et PEn‾(En+1‾)=1−0,3=0,7P_{\overline{E_n}}\left(\overline{E_{n+1}}\right)=1-0{,}3=0{,}7. De plus P(En)=pnP(E_n)=p_n et P(En‾)=1−pnP\left(\overline{E_n}\right)=1-p_n.

L'arbre complété est donc :

  • première branche EnE_n de probabilité pnp_n, puis En+1E_{n+1} de probabilité 0,50{,}5 et En+1‾\overline{E_{n+1}} de probabilité 0,50{,}5

  • seconde branche En‾\overline{E_n} de probabilité 1−pn1-p_n, puis En+1E_{n+1} de probabilité 0,30{,}3 et En+1‾\overline{E_{n+1}} de probabilité 0,70{,}7.

Question 2.

On applique la formule des probabilités totales avec la partition {E0 ;E0‾}\left\{E_0\,;\overline{E_0}\right\} de l'univers :

p1=P(E0)×PE0(E1)+P(E0‾)×PE0‾(E1).p_1=P(E_0)\times P_{E_0}(E_1)+P\left(\overline{E_0}\right)\times P_{\overline{E_0}}(E_1).

Comme p0=0p_0=0, on a P(E0)=0P(E_0)=0 et P(E0‾)=1P\left(\overline{E_0}\right)=1. Donc

p1=0×0,5+1×0,3=0,3.p_1=0\times 0{,}5+1\times 0{,}3=0{,}3.

Donc p1=0,3p_1=0{,}3.

Question 3.

Soit nn un entier naturel. Les évènements EnE_n et En‾\overline{E_n} forment une partition de l'univers. D'après la formule des probabilités totales :

pn+1=P(En+1)=P(En∩En+1)+P(En‾∩En+1)=P(En)×PEn(En+1)+P(En‾)×PEn‾(En+1)=0,5 pn+0,3 (1−pn)=0,5 pn+0,3−0,3 pn=0,2 pn+0,3.\begin{aligned} p_{n+1}&=P(E_{n+1})\\ &=P(E_n\cap E_{n+1})+P\left(\overline{E_n}\cap E_{n+1}\right)\\ &=P(E_n)\times P_{E_n}(E_{n+1})+P\left(\overline{E_n}\right)\times P_{\overline{E_n}}(E_{n+1})\\ &=0{,}5\,p_n+0{,}3\,(1-p_n)\\ &=0{,}5\,p_n+0{,}3-0{,}3\,p_n\\ &=0{,}2\,p_n+0{,}3. \end{aligned}

Donc, pour tout entier naturel nn, pn+1=0,2 pn+0,3p_{n+1}=0{,}2\,p_n+0{,}3.

Question 4. a)

On calcule les premiers termes avec la relation de la question 3 :

p0=0,p1=0,3,p2=0,2×0,3+0,3=0,36,p3=0,2×0,36+0,3=0,372,p4=0,3744.p_0=0,\qquad p_1=0{,}3,\qquad p_2=0{,}2\times 0{,}3+0{,}3=0{,}36,\qquad p_3=0{,}2\times 0{,}36+0{,}3=0{,}372,\qquad p_4=0{,}3744.

Donc la suite (pn)(p_n) semble croissante et converger vers 0,3750{,}375.

Question 4. b)

On pose, pour tout entier naturel nn, la propriété P(n)P(n) : « pn⩽38p_n\leqslant\dfrac38 ».

Initialisation. On a p0=0⩽38p_0=0\leqslant\dfrac38. Donc P(0)P(0) est vraie.

Hérédité. Soit kk un entier naturel fixé tel que P(k)P(k) soit vraie, c'est-à-dire pk⩽38p_k\leqslant\dfrac38 (hypothèse de récurrence). Montrons P(k+1)P(k+1).

On multiplie chaque membre par 0,2>00{,}2>0, ce qui conserve le sens de l'inégalité :

0,2 pk⩽0,2×38=0,075.0{,}2\,p_k\leqslant 0{,}2\times\dfrac38=0{,}075.

On ajoute 0,30{,}3 à chaque membre :

pk+1=0,2 pk+0,3⩽0,075+0,3=0,375=38.p_{k+1}=0{,}2\,p_k+0{,}3\leqslant 0{,}075+0{,}3=0{,}375=\dfrac38.

Donc P(k+1)P(k+1) est vraie.

Conclusion. P(0)P(0) est vraie et PP est héréditaire : d'après le principe de récurrence, pour tout entier naturel nn, pn⩽38p_n\leqslant\dfrac38.

Question 4. c)

Soit nn un entier naturel. On a

pn+1−pn=0,2 pn+0,3−pn=0,3−0,8 pn.p_{n+1}-p_n=0{,}2\,p_n+0{,}3-p_n=0{,}3-0{,}8\,p_n.

D'après la question 4. b), pn⩽38p_n\leqslant\dfrac38, donc 0,8 pn⩽0,8×38=0,30{,}8\,p_n\leqslant 0{,}8\times\dfrac38=0{,}3.

Donc pn+1−pn=0,3−0,8 pn⩾0p_{n+1}-p_n=0{,}3-0{,}8\,p_n\geqslant 0.

Donc la suite (pn)(p_n) est croissante.

Question 4. d)

La suite (pn)(p_n) est croissante (question 4. c) et majorée par 38\dfrac38 (question 4. b).

D'après le théorème de la limite monotone (toute suite croissante et majorée converge), la suite (pn)(p_n) converge.

Question 5. a)

Soit nn un entier naturel. On a

un+1=pn+1−38=0,2 pn+0,3−0,375=0,2 pn−0,075=0,2(pn−0,0750,2)=0,2(pn−0,375)=0,2(pn−38)=0,2 un.\begin{aligned} u_{n+1}&=p_{n+1}-\dfrac38\\ &=0{,}2\,p_n+0{,}3-0{,}375\\ &=0{,}2\,p_n-0{,}075\\ &=0{,}2\left(p_n-\dfrac{0{,}075}{0{,}2}\right)\\ &=0{,}2\left(p_n-0{,}375\right)\\ &=0{,}2\left(p_n-\dfrac38\right)\\ &=0{,}2\,u_n. \end{aligned}

Donc la suite (un)(u_n) est géométrique de raison 0,20{,}2.

Son premier terme est u0=p0−38=0−38=−38u_0=p_0-\dfrac38=0-\dfrac38=-\dfrac38.

Question 5. b)

La suite (un)(u_n) est géométrique de raison 0,20{,}2 et de premier terme u0=−38u_0=-\dfrac38. Donc, pour tout entier naturel nn,

un=u0×0,2n=−38×0,2n.u_n=u_0\times 0{,}2^{n}=-\dfrac38\times 0{,}2^{n}.

Or un=pn−38u_n=p_n-\dfrac38, donc

pn=un+38=38−38×0,2n=38(1−0,2n).p_n=u_n+\dfrac38=\dfrac38-\dfrac38\times 0{,}2^{n}=\dfrac38\left(1-0{,}2^{n}\right).

Donc, pour tout entier naturel nn, pn=38(1−0,2n)p_n=\dfrac38\left(1-0{,}2^{n}\right).

Question 5. c)

On a −1<0,2<1-1<0{,}2<1. D'après le résultat sur la limite d'une suite géométrique, lim⁡n→+∞0,2n=0\lim\limits_{n\to+\infty}0{,}2^{n}=0.

Donc lim⁡n→+∞(1−0,2n)=1\lim\limits_{n\to+\infty}\left(1-0{,}2^{n}\right)=1, puis par produit par la constante 38\dfrac38 :

lim⁡n→+∞pn=38.\lim\limits_{n\to+\infty}p_n=\dfrac38.

Réponse : lim⁡n→+∞pn=38=0,375\lim\limits_{n\to+\infty}p_n=\dfrac38=0{,}375.

Question 5. d)

Donc, à long terme, la probabilité que le phénomène El Niño soit dominant une année donnée se rapproche de 38=0,375\dfrac38=0{,}375, soit 37,5 %37{,}5\,\%.

Points clés attendus

  • Justifier la loi binomiale : 1010 épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes, de probabilité de succès 0,40{,}4.

  • Citer la formule des probabilités totales avec la partition {En ;En‾}\{E_n\,;\overline{E_n}\} pour établir pn+1=0,2 pn+0,3p_{n+1}=0{,}2\,p_n+0{,}3.

  • Rédiger la récurrence complète (initialisation, hérédité avec hypothèse de récurrence, conclusion) pour la majoration par 38\dfrac38.

  • Citer le théorème de la limite monotone en vérifiant les deux hypothèses : suite croissante et majorée.

  • Identifier la suite géométrique (un)(u_n) de raison 0,20{,}2 et de premier terme −38-\dfrac38, puis conclure sur la limite et l'interpréter dans le contexte.

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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2025 (Métropole, 10 septembre 2025 (jour 2)), 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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