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

Bac 2026, Antilles-Guyane : exercice 2

16 juin 2026 · jour 1 · 6 points

Un médicament est administré à un patient par voie intraveineuse.

La notice du médicament indique que:

  • le traitement doit durer au moins 7 h

  • lorsque sa quantité, en mg, présente dans le sang est supérieure ou égale à 3 mg, il y a un risque de toxicité.

On s'intéresse à la quantité de médicament présente dans le sang au cours du temps sachant que le patient reçoit une première dose de 1 mg.

Deux protocoles sont étudiés dans les deux parties qui sont indépendantes.

Partie A : étude du premier protocole

Après l'injection de la première dose, une quantité supplémentaire de médicament est administrée régulièrement et de façon continue à un patient mis sous perfusion.

Dans cette partie, on modélise la quantité de médicament présente dans le sang du patient par une fonction qq définie sur [0  ;  +∞[[0\;;\;+\infty[, où q(t)q(t) désigne la quantité, en mg, de médicament présente dans le sang du patient, et tt représente le temps, en heure, écoulé depuis l'injection initiale. On a ainsi q(0)=1q(0) = 1.

On admet que :

  • la fonction qq est dérivable sur [0  ;+∞[[0\;;+\infty[ et on note q′q' sa fonction dérivée

  • la fonction qq est solution sur [0  ;+∞[[0\;;+\infty[ de l'équation différentielle (E)(E) :

    y′=−310y+1y' = -\frac{3}{10}y + 1

    où yy est une fonction de la variable réelle tt, définie et dérivable sur l'intervalle [0  ;  +∞[[0\;;\;+\infty[, et y′y' sa fonction dérivée.

  1. Donner les solutions sur [0  ;  +∞[[0\;;\;+\infty[ de l'équation différentielle (E)(E).

  2. Montrer que pour tout réel tt appartenant à [0  ;  +∞[[0\;;\;+\infty[, q(t)=103−73e−310tq(t) = \dfrac{10}{3} - \dfrac{7}{3}\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}.

  3. Déterminer la limite de la fonction qq en +∞+\infty. Interpréter cette valeur dans le contexte de l'exercice.

  4. Étudier les variations de la fonction qq sur [0  ;+∞[[0\;;+\infty[.

  5. Déterminer, en résolvant une inéquation, au bout de combien de temps après l'injection initiale le médicament présente un risque pour le patient. On donnera la valeur exacte puis une valeur approchée à 10−110^{-1}.

  6. D'après ce modèle, le protocole présente-t-il un risque pour le patient ? Justifier.

Partie B : étude du second protocole

On injecte au patient une première dose de médicament de 1 mg. On admet que la quantité de médicament présente dans le sang du patient baisse de 30 % toutes les heures. Pour compenser cette baisse, on injecte une dose supplémentaire de 0,75 mg de médicament toutes les heures.

On modélise la situation par une suite (un)(u_n), où, pour tout entier naturel nn, unu_n représente la quantité, en mg, de médicament présente dans le sang du patient au bout de nn heures écoulées depuis l'injection initiale.

Sous ces conditions, on a u0=1u_0 = 1.

  1. Justifier que pour tout entier naturel nn, un+1=0,7×un+0,75u_{n+1} = 0,7 \times u_n + 0,75.

    1. Montrer par récurrence que pour tout entier naturel nn, un⩽un+1⩽4u_n \leqslant u_{n+1} \leqslant 4.

    2. En déduire que la suite (un)(u_n) est convergente.

    3. Déterminer la limite ℓ\ell de la suite (un)(u_n).

    4. D'après ce modèle, le traitement présente-t-il un risque pour le patient ? Justifier.

  2. On considère la suite (vn)(v_n) définie, pour tout entier naturel nn, par vn=un−2,5v_n = u_n - 2,5.

    1. Montrer que (vn)(v_n) est une suite géométrique dont on précisera la raison et le terme initial.

    2. Montrer que pour tout entier naturel nn, un=2,5−1,5×0,7nu_n = 2,5 - 1,5 \times 0,7^n.

  3. D'après ce modèle, au bout de combien d'injections supplémentaires la quantité de médicament présente dans le sang de ce patient dépasse-t-elle 2,4 mg ?

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Partie A

Question 1.

L'équation (E)(E) s'écrit y′=−0,3y+1y'=-0{,}3y+1, c'est-à-dire y′=ay+by'=ay+b avec a=−310a=-\dfrac{3}{10} et b=1b=1.

La fonction constante y=−ba=10,3=103y=-\dfrac{b}{a}=\dfrac{1}{0{,}3}=\dfrac{10}{3} est une solution particulière de (E)(E) : en effet, sa dérivée est nulle et −310×103+1=0-\dfrac{3}{10}\times\dfrac{10}{3}+1=0.

Les solutions de l'équation homogène y′=−310yy'=-\dfrac{3}{10}y sont les fonctions t↦Ce−310tt\mapsto C\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}, avec C∈RC\in\mathbb{R}.

Les solutions de (E)(E) sont la somme d'une solution particulière et des solutions de l'équation homogène.

Donc les solutions de (E)(E) sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[ sont les fonctions

t⟼103+Ce−310t,C∈R.t\longmapsto\dfrac{10}{3}+C\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t},\qquad C\in\mathbb{R}.

Question 2.

La fonction qq est solution de (E)(E) : il existe donc un réel CC tel que, pour tout t⩾0t\geqslant0,

q(t)=103+Ce−310t.q(t)=\dfrac{10}{3}+C\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}.

On a q(0)=1q(0)=1 et q(0)=103+Ce0=103+Cq(0)=\dfrac{10}{3}+C\mathrm{e}^{0}=\dfrac{10}{3}+C, donc

103+C=1soitC=1−103=−73.\dfrac{10}{3}+C=1\qquad\text{soit}\qquad C=1-\dfrac{10}{3}=-\dfrac{7}{3}.

Donc, pour tout t∈[0 ;+∞[t\in[0\,;+\infty[ :

q(t)=103−73e−310t.q(t)=\dfrac{10}{3}-\dfrac{7}{3}\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}.

Question 3.

On a lim⁡t→+∞(−310t)=−∞\lim\limits_{t\to+\infty}\left(-\dfrac{3}{10}t\right)=-\infty et lim⁡X→−∞eX=0\lim\limits_{X\to-\infty}\mathrm{e}^{X}=0.

Par limite d'une composée, lim⁡t→+∞e−310t=0\lim\limits_{t\to+\infty}\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}=0.

Donc

lim⁡t→+∞q(t)=103−73×0=103≈3,33.\lim\limits_{t\to+\infty}q(t)=\dfrac{10}{3}-\dfrac{7}{3}\times0=\dfrac{10}{3}\approx3{,}33.

Interprétation : d'après ce modèle, la quantité de médicament présente dans le sang du patient se rapproche de 103\dfrac{10}{3} mg lorsque le temps écoulé devient grand.

Réponse : lim⁡t→+∞q(t)=103\lim\limits_{t\to+\infty}q(t)=\dfrac{10}{3}.

Question 4.

La fonction qq est dérivable sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[. D'après la formule de dérivation de t↦ektt\mapsto\mathrm{e}^{kt}, de dérivée kektk\mathrm{e}^{kt}, avec k=−310k=-\dfrac{3}{10}, on a pour tout t⩾0t\geqslant0 :

q′(t)=−73×(−310)e−310t=710e−310t.q'(t)=-\dfrac{7}{3}\times\left(-\dfrac{3}{10}\right)\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}=\dfrac{7}{10}\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}.

Pour tout réel tt, e−310t>0\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}>0, donc q′(t)>0q'(t)>0.

Donc la fonction qq est strictement croissante sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[, de q(0)=1q(0)=1 vers sa limite 103\dfrac{10}{3}.

Question 5.

Le médicament présente un risque de toxicité lorsque q(t)⩾3q(t)\geqslant3. On résout cette inéquation, pour t⩾0t\geqslant0 :

q(t)⩾3  ⟺  103−73e−310t⩾3  ⟺  −73e−310t⩾3−103=−13  ⟺  e−310t⩽17.\begin{aligned} q(t)\geqslant3&\iff\dfrac{10}{3}-\dfrac{7}{3}\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}\geqslant3\\ &\iff-\dfrac{7}{3}\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}\geqslant3-\dfrac{10}{3}=-\dfrac{1}{3}\\ &\iff\mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}\leqslant\dfrac{1}{7}. \end{aligned}

La fonction ln⁡\ln est strictement croissante sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[, donc on peut l'appliquer aux deux membres en conservant le sens de l'inégalité :

e−310t⩽17  ⟺  −310t⩽ln⁡17=−ln⁡7  ⟺  t⩾103ln⁡7,\begin{aligned} \mathrm{e}^{-\frac{3}{10}t}\leqslant\dfrac{1}{7}&\iff-\dfrac{3}{10}t\leqslant\ln\dfrac{1}{7}=-\ln7\\ &\iff t\geqslant\dfrac{10}{3}\ln7, \end{aligned}
où l'on a divisé par −310<0-\dfrac{3}{10}<0, ce qui change le sens de l'inégalité.

Donc le médicament présente un risque pour le patient à partir de 103ln⁡7\dfrac{10}{3}\ln7 heures après l'injection initiale, soit environ 6,56{,}5 heures (au dixième près, car 103ln⁡7≈6,486\dfrac{10}{3}\ln7\approx6{,}486).

Réponse : t=103ln⁡7≈6,5t=\dfrac{10}{3}\ln7\approx6{,}5 heures.

Question 6.

Le traitement doit durer au moins 77 heures.

Or 103ln⁡7≈6,49<7\dfrac{10}{3}\ln7\approx6{,}49<7 : le seuil de 33 mg est atteint avant la fin de la durée minimale du traitement. Par exemple, q(7)≈3,05⩾3q(7)\approx3{,}05\geqslant3.

Donc, d'après ce modèle, le premier protocole présente un risque pour le patient.

Partie B

Question 1.

Pendant une heure, la quantité de médicament présente dans le sang baisse de 30 %30\,\% : elle est multipliée par 1−30100=0,71-\dfrac{30}{100}=0{,}7.

On injecte ensuite une dose supplémentaire de 0,750{,}75 mg.

Donc, pour tout entier naturel nn :

un+1=0,7×un+0,75.u_{n+1}=0{,}7\times u_{n}+0{,}75.

Question 2. a)

Pour tout entier naturel nn, on note P(n)P(n) la propriété : un⩽un+1⩽4u_{n}\leqslant u_{n+1}\leqslant4.

Initialisation. On a u0=1u_{0}=1 et u1=0,7×1+0,75=1,45u_{1}=0{,}7\times1+0{,}75=1{,}45.

Donc u0⩽u1⩽4u_{0}\leqslant u_{1}\leqslant4 : 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 uk⩽uk+1⩽4u_{k}\leqslant u_{k+1}\leqslant4 (hypothèse de récurrence).

Montrons que P(k+1)P(k+1) est vraie.

La fonction h:x↦0,7x+0,75h:x\mapsto0{,}7x+0{,}75 est croissante sur R\mathbb{R} (fonction affine de coefficient directeur 0,7>00{,}7>0). On l'applique aux trois membres de l'hypothèse de récurrence en conservant le sens des inégalités :

0,7uk+0,75⩽0,7uk+1+0,75⩽0,7×4+0,75.0{,}7u_{k}+0{,}75\leqslant0{,}7u_{k+1}+0{,}75\leqslant0{,}7\times4+0{,}75.

Or 0,7uk+0,75=uk+10{,}7u_{k}+0{,}75=u_{k+1}, 0,7uk+1+0,75=uk+20{,}7u_{k+1}+0{,}75=u_{k+2} et 0,7×4+0,75=3,55⩽40{,}7\times4+0{,}75=3{,}55\leqslant4.

On obtient donc

uk+1⩽uk+2⩽3,55⩽4,u_{k+1}\leqslant u_{k+2}\leqslant3{,}55\leqslant4,
soit uk+1⩽uk+2⩽4u_{k+1}\leqslant u_{k+2}\leqslant4 : 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, on a un⩽un+1⩽4u_{n}\leqslant u_{n+1}\leqslant4.

Question 2. b)

D'après la question précédente, la suite (un)(u_{n}) est croissante (car un⩽un+1u_{n}\leqslant u_{n+1} pour tout nn) et majorée par 44.

D'après le théorème de la limite monotone (toute suite croissante et majorée converge), la suite (un)(u_{n}) est convergente.

Question 2. c)

Notons ℓ\ell la limite de (un)(u_{n}), qui existe d'après la question précédente.

Les suites (un)(u_{n}) et (un+1)(u_{n+1}) convergent toutes deux vers ℓ\ell. Par passage à la limite dans la relation un+1=0,7un+0,75u_{n+1}=0{,}7u_{n}+0{,}75 (fonction affine, donc continue), on obtient

ℓ=0,7ℓ+0,75.\ell=0{,}7\ell+0{,}75.

Donc 0,3ℓ=0,750{,}3\ell=0{,}75, soit

ℓ=0,750,3=2,5.\ell=\dfrac{0{,}75}{0{,}3}=2{,}5.

Réponse : ℓ=2,5\ell=2{,}5.

Question 2. d)

La suite (un)(u_{n}) est croissante et converge vers 2,52{,}5 : elle est donc majorée par sa limite, et un⩽2,5u_{n}\leqslant2{,}5 pour tout entier naturel nn.

Comme 2,5<32{,}5<3, la quantité de médicament reste strictement inférieure à 33 mg à tout instant.

Donc, d'après ce modèle, le traitement ne présente pas de risque pour le patient.

Question 3. a)

Pour tout entier naturel nn :

vn+1=un+1−2,5=0,7un+0,75−2,5=0,7un−1,75=0,7(un−2,5)=0,7vn.\begin{aligned} v_{n+1}&=u_{n+1}-2{,}5\\ &=0{,}7u_{n}+0{,}75-2{,}5\\ &=0{,}7u_{n}-1{,}75\\ &=0{,}7\left(u_{n}-2{,}5\right)\\ &=0{,}7v_{n}. \end{aligned}

On a vérifié que 0,7×2,5=1,750{,}7\times2{,}5=1{,}75.

Donc la suite (vn)(v_{n}) est géométrique de raison q=0,7q=0{,}7 et de premier terme v0=u0−2,5=1−2,5=−1,5v_{0}=u_{0}-2{,}5=1-2{,}5=-1{,}5.

Question 3. b)

Comme (vn)(v_{n}) est géométrique de raison 0,70{,}7 et de premier terme −1,5-1{,}5, on a, pour tout entier naturel nn :

vn=−1,5×0,7n.v_{n}=-1{,}5\times0{,}7^{n}.

Or un=vn+2,5u_{n}=v_{n}+2{,}5.

Donc, pour tout entier naturel nn :

un=2,5−1,5×0,7n.u_{n}=2{,}5-1{,}5\times0{,}7^{n}.

Question 4.

On cherche le plus petit entier naturel nn tel que un>2,4u_{n}>2{,}4 :

un>2,4  ⟺  2,5−1,5×0,7n>2,4  ⟺  −1,5×0,7n>−0,1  ⟺  0,7n<0,11,5=115.\begin{aligned} u_{n}>2{,}4&\iff2{,}5-1{,}5\times0{,}7^{n}>2{,}4\\ &\iff-1{,}5\times0{,}7^{n}>-0{,}1\\ &\iff0{,}7^{n}<\dfrac{0{,}1}{1{,}5}=\dfrac{1}{15}. \end{aligned}

La fonction ln⁡\ln est strictement croissante sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[ :

0,7n<115  ⟺  nln⁡0,7<−ln⁡15.0{,}7^{n}<\dfrac{1}{15}\iff n\ln0{,}7<-\ln15.

Comme 0,7<10{,}7<1, on a ln⁡0,7<0\ln0{,}7<0 : en divisant par ln⁡0,7\ln0{,}7, on change le sens de l'inégalité :

n>−ln⁡15ln⁡0,7=ln⁡15−ln⁡0,7≈7,59.n>\dfrac{-\ln15}{\ln0{,}7}=\dfrac{\ln15}{-\ln0{,}7}\approx7{,}59.

Le plus petit entier naturel vérifiant cette inégalité est n=8n=8.

Vérification avec la formule : u7≈2,376⩽2,4u_{7}\approx2{,}376\leqslant2{,}4 et u8≈2,414>2,4u_{8}\approx2{,}414>2{,}4.

Donc la quantité de médicament présente dans le sang dépasse 2,42{,}4 mg au bout de 88 injections supplémentaires.

Réponse : n=8n=8.

Points clés attendus

  • Résoudre y′=ay+by'=ay+b : solution constante −ba-\dfrac{b}{a} plus solutions de l'équation homogène, puis déterminer la constante avec q(0)=1q(0)=1.

  • Résoudre l'inéquation q(t)⩾3q(t)\geqslant3 en isolant l'exponentielle, puis en appliquant ln⁡\ln (strictement croissante)   conclure en comparant à la durée minimale de 77 h.

  • Traduire « baisse de 30 %30\,\% » par le coefficient multiplicateur 0,70{,}7 pour obtenir la relation de récurrence.

  • Rédiger la récurrence complète en utilisant la croissance de x↦0,7x+0,75x\mapsto0{,}7x+0{,}75, puis citer le théorème de la limite monotone et déterminer ℓ\ell par passage à la limite.

  • Montrer que (vn)(v_{n}) est géométrique en factorisant 0,7(un−2,5)0{,}7(u_{n}-2{,}5), et penser au changement de sens de l'inégalité en divisant par ln⁡0,7<0\ln0{,}7<0.

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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2026 (Antilles-Guyane, 16 juin 2026 (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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