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Terminale Spé Maths / Chapitre 5 : Fonction logarithme / Annales du bac

Bac 2025, Métropole : exercice 3

10 septembre 2025 · jour 2 · 4 points Python

On considère la fonction ff définie sur ]0   8] par

f(x)=10ln⁡(−x2+7x+9)xf(x) = \dfrac{10\ln \left(- x^2 + 7x + 9\right)}{x}

Soit CfC_f la représentation graphique de la fonction ff dans un repère orthonormé (O ; ı⃗, ȷ⃗)\left(\mathrm{O}\,;\,\vec{\imath},\,\vec{\jmath}\right).

Partie A

  1. Résoudre dans R\mathbb{R} l’inéquation −x2+7x+8⩾0- x^2 + 7x + 8 \geqslant 0.

  2. En déduire que pour tout x∈]0  ;  8]x \in ]0\;;\;8], on a f(x)⩾0f(x) \geqslant 0.

  3. Interpréter graphiquement ce résultat.

Partie B

La courbe CfC_f est représentée ci-dessous.

Soit MM le point de CfC_f d’abscisse xx avec x∈]0  ;  8]x \in ]0\;;\;8].

On appelle NN et PP les projetés orthogonaux du point MM respectivement sur l’axe des abscisses et sur l’axe des ordonnées.

Dans cette partie, on s’intéresse à l’aire A(x)\mathcal{A}(x) du rectangle ONMPNMP.

Figure de l'énoncé, exercice 3, Métropole 10 septembre 2025
  1. Donner les coordonnées des points NN et PP en fonction de xx.

  2. Montrer que pour tout xx appartenant à l’intervalle ]0   8],

    A(x)=10ln⁡(−x2+7x+9)\mathcal{A}(x) = 10 \ln \left(-x^2 + 7x + 9\right)

  3. Existe-t-il une position du point MM pour laquelle l’aire du rectangle ONMPNMP est maximale ? Si elle existe, déterminer cette position.

Partie C

On considère un réel strictement positif kk.

On souhaite déterminer la plus petite valeur de xx, approchée au dixième, appartenant à [3,5   8] pour laquelle l’aire A(x)\mathcal{A}(x) devient inférieure ou égale à kk.

Pour ce faire, on considère l’algorithme ci-dessous.

Pour rappel, en langage Python, ln⁡(x)\ln (x) s’écrit log (xx).

 1  from math import *
 2  
 3  def A(x) :
 4       return 10*log (- 1* x**2 + 7*x + 9)
 5  
 6  def pluspetitevaleur(k) :
 7       x = 3.5
 8       while A(x).......... :
 9           x = x + 0.1
10       return ...........
  1. Recopier et compléter les lignes 8 et 10 de l’algorithme.

  2. Quel nombre renvoie alors l’instruction pluspetitevaleur(30) ?

  3. Que se passe-t-il lorsque k=35k = 35 ? Justifier.

Voir le corrigé

Partie A

Question 1.

Le trinôme −x2+7x+8-x^2+7x+8 a pour discriminant

Δ=72−4×(−1)×8=49+32=81=92>0.\Delta=7^2-4\times(-1)\times 8=49+32=81=9^2>0.

Il admet deux racines réelles :

x1=−7−9−2=8etx2=−7+9−2=−1.x_1=\dfrac{-7-9}{-2}=8\qquad\text{et}\qquad x_2=\dfrac{-7+9}{-2}=-1.

Donc −x2+7x+8=−(x+1)(x−8)-x^2+7x+8=-(x+1)(x-8).

Le coefficient de x2x^2 est −1<0-1<0 : le trinôme est positif ou nul entre ses racines.

Donc l'ensemble des solutions de l'inéquation −x2+7x+8⩾0-x^2+7x+8\geqslant 0 est l'intervalle [−1 ;8][-1\,;8].

Question 2.

Soit x∈ ]0 ;8]x\in\,]0\,;8]. Alors x∈[−1 ;8]x\in[-1\,;8], donc d'après la question 1 :

−x2+7x+8⩾0.-x^2+7x+8\geqslant 0.

On ajoute 11 à chaque membre :

−x2+7x+9⩾1.-x^2+7x+9\geqslant 1.

La fonction ln⁡\ln est strictement croissante sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[ et −x2+7x+9⩾1>0-x^2+7x+9\geqslant 1>0. On peut donc composer par ln⁡\ln en conservant le sens de l'inégalité :

ln⁡(−x2+7x+9)⩾ln⁡(1)=0.\ln\left(-x^2+7x+9\right)\geqslant\ln(1)=0.

Comme 10>010>0 et x>0x>0, on obtient

f(x)=10ln⁡(−x2+7x+9)x⩾0.f(x)=\dfrac{10\ln\left(-x^2+7x+9\right)}{x}\geqslant 0.

Donc, pour tout x∈ ]0 ;8]x\in\,]0\,;8], f(x)⩾0f(x)\geqslant 0.

Question 3.

Donc la courbe CfC_f est située au-dessus de l'axe des abscisses (elle peut le toucher) pour tout x∈ ]0 ;8]x\in\,]0\,;8].

Partie B

Question 1.

Le point MM a pour coordonnées (x ;f(x))\left(x\,;f(x)\right).

Le projeté orthogonal de MM sur l'axe des abscisses a même abscisse que MM et pour ordonnée 00. Le projeté orthogonal de MM sur l'axe des ordonnées a pour abscisse 00 et même ordonnée que MM.

Donc N(x ;0)N(x\,;0) et P(0 ;f(x))P\left(0\,;f(x)\right).

Question 2.

Le quadrilatère ONMPONMP est un rectangle, de côtés ONON et OPOP :

ON=x(car x>0)etOP=f(x)(car f(x)⩾0 d’apreˋs la partie A).ON=x\quad(\text{car }x>0)\qquad\text{et}\qquad OP=f(x)\quad(\text{car }f(x)\geqslant 0\text{ d'après la partie A}).

Donc, pour tout x∈ ]0 ;8]x\in\,]0\,;8] :

A(x)=ON×OP=x×f(x)=x×10ln⁡(−x2+7x+9)x=10ln⁡(−x2+7x+9).\mathcal{A}(x)=ON\times OP=x\times f(x)=x\times\dfrac{10\ln\left(-x^2+7x+9\right)}{x}=10\ln\left(-x^2+7x+9\right).

Question 3.

Dérivabilité. Pour tout x∈ ]0 ;8]x\in\,]0\,;8], −x2+7x+9⩾1>0-x^2+7x+9\geqslant 1>0 (question 2 de la partie A). La fonction x↦−x2+7x+9x\mapsto -x^2+7x+9 est dérivable et strictement positive sur ]0 ;8]]0\,;8], donc A\mathcal{A}, composée avec ln⁡\ln, est dérivable sur ]0 ;8]]0\,;8].

Dérivée. On utilise la formule (ln⁡u)′=u′u\left(\ln u\right)'=\dfrac{u'}{u} avec u(x)=−x2+7x+9u(x)=-x^2+7x+9 et u′(x)=−2x+7u'(x)=-2x+7 :

A′(x)=10×−2x+7−x2+7x+9.\mathcal{A}'(x)=10\times\dfrac{-2x+7}{-x^2+7x+9}.

Signe. Le dénominateur −x2+7x+9-x^2+7x+9 est strictement positif sur ]0 ;8]]0\,;8]. Donc A′(x)\mathcal{A}'(x) a le signe de −2x+7-2x+7.

On a −2x+7>0  ⟺  x<3,5-2x+7>0\iff x<3{,}5, et −2x+7=0  ⟺  x=3,5-2x+7=0\iff x=3{,}5.

Variations. La fonction A\mathcal{A} est strictement croissante sur ]0 ;3,5]]0\,;3{,}5] et strictement décroissante sur [3,5 ;8][3{,}5\,;8]. Elle admet donc un maximum en x=3,5x=3{,}5.

Valeur du maximum. On a −3,52+7×3,5+9=−12,25+24,5+9=21,25=854-3{,}5^2+7\times 3{,}5+9=-12{,}25+24{,}5+9=21{,}25=\dfrac{85}{4}, donc

A(3,5)=10ln⁡854≈30,56.\mathcal{A}(3{,}5)=10\ln\dfrac{85}{4}\approx 30{,}56.

Le point MM correspondant a pour abscisse 3,53{,}5 et pour ordonnée

f(3,5)=A(3,5)3,5=10ln⁡85472=207ln⁡854.f(3{,}5)=\dfrac{\mathcal{A}(3{,}5)}{3{,}5}=\dfrac{10\ln\frac{85}{4}}{\frac72}=\dfrac{20}{7}\ln\dfrac{85}{4}.

Réponse : oui, l'aire est maximale pour M(3,5 ;207ln⁡854)M\left(3{,}5\,;\dfrac{20}{7}\ln\dfrac{85}{4}\right), et ce maximum vaut 10ln⁡854≈30,5610\ln\dfrac{85}{4}\approx 30{,}56.

Donc il existe une unique position de MM pour laquelle l'aire du rectangle ONMPONMP est maximale : celle du point d'abscisse 3,53{,}5.

Partie C

Question 1.

La fonction A\mathcal{A} est décroissante sur [3,5 ;8][3{,}5\,;8]. On part de x=3,5x=3{,}5 et on avance par pas de 0,10{,}1 tant que l'aire est strictement supérieure à kk. Dès que A(x)⩽k\mathcal{A}(x)\leqslant k, la boucle s'arrête et on renvoie la valeur de xx.

Le programme complété est :

from math import *

def A(x) :
    return 10*log(-1*x**2 + 7*x + 9)

def pluspetitevaleur(k) :
    x = 3.5
    while A(x) > k :
        x = x + 0.1
    return x

Réponse : ligne 8 : A(x) > k   ligne 10 : x.

Question 2.

Pour k=30k=30, on cherche le premier xx de la forme 3,5+0,1 m3{,}5+0{,}1\,m tel que A(x)⩽30\mathcal{A}(x)\leqslant 30.

On calcule :

A(4,5)=10ln⁡(20,25)≈30,08>30,A(4,6)=10ln⁡(20,04)≈29,98⩽30.\mathcal{A}(4{,}5)=10\ln(20{,}25)\approx 30{,}08>30,\qquad\mathcal{A}(4{,}6)=10\ln(20{,}04)\approx 29{,}98\leqslant 30.

Comme A\mathcal{A} est décroissante sur [3,5 ;8][3{,}5\,;8], on a A(x)>30\mathcal{A}(x)>30 pour tout xx de la forme 3,5+0,1 m3{,}5+0{,}1\,m avec x⩽4,5x\leqslant 4{,}5, et la boucle s'arrête à x=4,6x=4{,}6.

Réponse : pluspetitevaleur(30) renvoie 4,64{,}6.

Donc la valeur renvoyée est 4,64{,}6 (Python affiche en pratique 4.5999999999999984.599999999999998, à cause des erreurs d'arrondi sur les nombres flottants).

Question 3.

Pour k=35k=35, la condition de la boucle est A(x)>35\mathcal{A}(x)>35.

D'après la question 3 de la partie B, le maximum de A\mathcal{A} sur ]0 ;8]]0\,;8] vaut environ 30,5630{,}56. Donc, pour tout x∈[3,5 ;8]x\in[3{,}5\,;8], A(x)⩽30,56<35\mathcal{A}(x)\leqslant 30{,}56<35.

Donc la condition A(x)>35\mathcal{A}(x)>35 est fausse dès le départ pour x=3,5x=3{,}5, et la boucle ne s'exécute jamais.

Donc la fonction renvoie directement 3,53{,}5, la borne inférieure de l'intervalle : l'aire est déjà inférieure ou égale à 3535 pour x=3,5x=3{,}5, et c'est même vrai pour tout xx de l'intervalle.

Points clés attendus

  • Résoudre l'inéquation du second degré par les racines et le signe du coefficient dominant, puis en déduire f(x)⩾0f(x)\geqslant 0 grâce à la croissance de ln⁡\ln.

  • Montrer que A(x)=x f(x)\mathcal{A}(x)=x\,f(x), en justifiant que ON=xON=x et OP=f(x)OP=f(x) sont des longueurs positives.

  • Étudier le signe de A′\mathcal{A}' en justifiant que le dénominateur est strictement positif, puis donner la position et la valeur du maximum.

  • Compléter l'algorithme : condition A(x) > k et renvoi de x.

  • Pour k=35k=35, relier le comportement de la boucle au maximum de A\mathcal{A}.

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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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Revoir le cours

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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