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Terminale Spé Maths / Chapitre 7 : Primitives et équations différentielles / Annales du bac

Bac 2026, Antilles-Guyane : exercice 3

17 juin 2026 · jour 2 · 4 points

Pour chacune des affirmations suivantes, indiquer si elle est vraie ou fausse.
Justifier chaque réponse.
Une réponse non justifiée ne rapporte aucun point.

  1. Le plan est muni d'un repère orthonormé.

    1. On considère l'équation différentielle   (E1):y′+2y=0\left(E_{1}\right): \quad y'+2 y=0,  où yy est une fonction de la variable xx définie sur R\mathbb{R}.

      On note ff la solution de l'équation différentielle (E1)(E_{1}) telle que f(0)=1f(0)=1.

      Affirmation 1 : La courbe représentative de la fonction ff passe par le point A de coordonnées (ln⁡2;12)\left(\ln 2 ; \dfrac{1}{2}\right).

    2. On considère la fonction ff définie sur l'intervalle [π2;π]\left[\dfrac{\pi}{2} ; \pi\right] par :

      f(x)=x−cos⁡(x)f(x)=x-\cos (x)

      Affirmation 2 : Sur l'intervalle [π2;π]\left[\dfrac{\pi}{2} ; \pi\right], la courbe représentative de la fonction ff est au-dessus de ses tangentes.

    3. On considère la fonction ff définie sur l'intervalle ]0;+∞[] 0 ;+\infty[ par :

      f(x)=1+sin⁡(x)xf(x)=1+\dfrac{\sin (x)}{x}

      Affirmation 3 : La droite d'équation y=1y=1 est une asymptote horizontale de la courbe représentative de la fonction ff.

  2. On considère l'équation différentielle   (E2):y′−3y=2−6x\left(E_{2}\right): \quad y'-3 y=2-6 x,  où yy est une fonction de la variable xx définie sur R\mathbb{R}.

    Affirmation 4 : La fonction ff définie sur R\mathbb{R} par

    f(x)=2x−e3xf(x)=2 x-\mathrm{e}^{3 x}
    est une solution de l'équation (E2)(E_{2}).

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Question 1. a) Affirmation 1 : fausse.

Les solutions de l'équation différentielle y′+2y=0y'+2y=0, c'est-à-dire y′=−2yy'=-2y, sont les fonctions x↦C e−2xx\mapsto C\,\mathrm{e}^{-2x} avec C∈RC\in\mathbb{R}.

La condition f(0)=1f(0)=1 s'écrit C e0=1C\,\mathrm{e}^{0}=1, donc C=1C=1.

Ainsi, pour tout réel xx :

f(x)=e−2x.f(x)=\mathrm{e}^{-2x}.

On calcule l'image de ln⁡2\ln 2 :

f(ln⁡2)=e−2ln⁡2=eln⁡(2−2)=14.f(\ln 2)=\mathrm{e}^{-2\ln 2}=\mathrm{e}^{\ln\left(2^{-2}\right)}=\dfrac{1}{4}.

Or 14≠12\dfrac14\neq\dfrac12.

Donc le point A(ln⁡2 ;12)\mathrm{A}\left(\ln 2\,;\dfrac12\right) n'appartient pas à la courbe représentative de ff : l'affirmation 1 est fausse.

Réponse : faux, car f(ln⁡2)=14≠12f(\ln 2)=\dfrac14\neq\dfrac12.

Question 1. b) Affirmation 2 : fausse.

Une courbe est au-dessus de ses tangentes sur un intervalle si et seulement si la fonction est convexe sur cet intervalle. On étudie donc le signe de f′′f''.

La fonction ff est deux fois dérivable sur [π2 ;π]\left[\dfrac{\pi}{2}\,;\pi\right] (somme de fonctions usuelles dérivables), et pour tout xx de cet intervalle :

f′(x)=1+sin⁡(x),f′′(x)=cos⁡(x).f'(x)=1+\sin(x),\qquad f''(x)=\cos(x).

Pour x∈[π2 ;π]x\in\left[\dfrac{\pi}{2}\,;\pi\right], on a cos⁡(x)⩽0\cos(x)\leqslant 0, donc f′′(x)⩽0f''(x)\leqslant 0.

La fonction ff est donc concave sur [π2 ;π]\left[\dfrac{\pi}{2}\,;\pi\right] : sa courbe est située en dessous de ses tangentes, et non au-dessus.

Vérification sur un exemple : la tangente au point d'abscisse π2\dfrac{\pi}{2} a pour équation

y=f′(π2)(x−π2)+f(π2)=2(x−π2)+π2.y=f'\left(\dfrac{\pi}{2}\right)\left(x-\dfrac{\pi}{2}\right)+f\left(\dfrac{\pi}{2}\right)=2\left(x-\dfrac{\pi}{2}\right)+\dfrac{\pi}{2}.

En x=πx=\pi, cette tangente prend la valeur 2×π2+π2=3π2≈4,712\times\dfrac{\pi}{2}+\dfrac{\pi}{2}=\dfrac{3\pi}{2}\approx 4{,}71, tandis que f(π)=π−cos⁡(π)=π+1≈4,14f(\pi)=\pi-\cos(\pi)=\pi+1\approx 4{,}14.

Comme f(π)<3π2f(\pi)<\dfrac{3\pi}{2}, la courbe est en dessous de cette tangente au point d'abscisse π\pi.

Donc l'affirmation 2 est fausse.

Réponse : faux, car f′′(x)=cos⁡(x)⩽0f''(x)=\cos(x)\leqslant 0 : ff est concave, sa courbe est en dessous de ses tangentes.

Question 1. c) Affirmation 3 : vraie.

Pour tout x>0x>0, on a −1⩽sin⁡(x)⩽1-1\leqslant\sin(x)\leqslant 1. En divisant par x>0x>0 (le sens des inégalités est conservé) :

−1x⩽sin⁡(x)x⩽1x.-\dfrac{1}{x}\leqslant\dfrac{\sin(x)}{x}\leqslant\dfrac{1}{x}.

On a lim⁡x→+∞(−1x)=0\lim\limits_{x\to+\infty}\left(-\dfrac1x\right)=0 et lim⁡x→+∞1x=0\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac1x=0.

D'après le théorème des gendarmes, on en déduit :

lim⁡x→+∞sin⁡(x)x=0.\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac{\sin(x)}{x}=0.

Donc, par somme de limites :

lim⁡x→+∞f(x)=lim⁡x→+∞(1+sin⁡(x)x)=1.\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=\lim\limits_{x\to+\infty}\left(1+\dfrac{\sin(x)}{x}\right)=1.

La limite de ff en +∞+\infty est le réel 11 : la droite d'équation y=1y=1 est asymptote horizontale à la courbe représentative de ff en +∞+\infty.

Donc l'affirmation 3 est vraie.

Réponse : vrai, car lim⁡x→+∞f(x)=1\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=1.

Question 2. Affirmation 4 : vraie.

La fonction f:x↦2x−e3xf:x\mapsto 2x-\mathrm{e}^{3x} est dérivable sur R\mathbb{R}, et pour tout réel xx :

f′(x)=2−3e3x.f'(x)=2-3\mathrm{e}^{3x}.

On calcule alors f′(x)−3f(x)f'(x)-3f(x) :

f′(x)−3f(x)=2−3e3x−3(2x−e3x)=2−3e3x−6x+3e3x=2−6x.\begin{aligned} f'(x)-3f(x)&=2-3\mathrm{e}^{3x}-3\left(2x-\mathrm{e}^{3x}\right)\\ &=2-3\mathrm{e}^{3x}-6x+3\mathrm{e}^{3x}\\ &=2-6x. \end{aligned}

L'égalité f′(x)−3f(x)=2−6xf'(x)-3f(x)=2-6x est vraie pour tout réel xx : la fonction ff est solution de l'équation différentielle (E2)(E_2).

Donc l'affirmation 4 est vraie.

Réponse : vrai, car f′(x)−3f(x)=2−6xf'(x)-3f(x)=2-6x pour tout réel xx.

Points clés attendus

  • Question 1. a) : résoudre y′=−2yy'=-2y puis utiliser la condition initiale pour déterminer la constante, et calculer f(ln⁡2)f(\ln 2) avec eln⁡a=a\mathrm{e}^{\ln a}=a.

  • Question 1. b) : relier la position de la courbe par rapport à ses tangentes à la convexité, et étudier le signe de f′′f'' sur l'intervalle donné.

  • Question 1. c) : encadrer sin⁡(x)x\dfrac{\sin(x)}{x}, citer le théorème des gendarmes, puis conclure sur l'asymptote horizontale.

  • Question 2 : vérifier une solution en calculant f′(x)−3f(x)f'(x)-3f(x) et en retrouvant exactement le second membre.

  • Chaque affirmation exige la valeur de vérité (vrai ou faux) et une justification : une réponse non justifiée ne rapporte aucun point.

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Comment t'entraîner

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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2026 (Antilles-Guyane, 17 juin 2026 (jour 2)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (François Kriegk) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.

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