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Terminale Spé Maths / Chapitre 6 : Sinus et cosinus / Annales du bac

Bac 2026, Asie : exercice 4

9 juin 2026 · jour 1 · 5 points

  1. On considère la fonction gg définie sur l'intervalle [0;2π][0 ; 2 \pi] par :

    g(x)=xcos⁡(x)−sin⁡(x)g(x)=x \cos (x)-\sin (x)

    On admet que la fonction gg est dérivable sur l'intervalle [0;2π][0 ; 2 \pi] et on note g′g' sa dérivée.

    1. Montrer que pour tout réel xx de l'intervalle [0;2π][0 ; 2 \pi], on a :

      g′(x)=−xsin⁡(x)g'(x)=-x \sin (x)

    2. On donne le tableau de variations de la fonction gg sur l'intervalle [0;2π][0 ; 2 \pi] ci-dessous.

      Justifier chacun des éléments qui figurent dans ce tableau de variations.

      Figure de l'énoncé, exercice 4, Asie 9 juin 2026
    3. Montrer qu'il existe une unique valeur réelle α\alpha dans l'intervalle [π;2π][\pi ; 2 \pi] telle que g(α)=0g(\alpha)=0.

    4. En déduire le tableau de signes de la fonction gg sur l'intervalle [0;2π][0 ; 2 \pi].

  2. On considère la fonction ff définie sur l'intervalle ]0;2π]]0 ; 2 \pi] par :

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

    On admet que la fonction ff est dérivable sur l'intervalle ]0;2π]]0 ; 2 \pi] et on note f′f' sa dérivée.

    1. Montrer que pour tout réel xx de l'intervalle ]0;2π]]0 ; 2 \pi] on a :

      f′(x)=g(x)x2f'(x)=\dfrac{g(x)}{x^{2}}

    2. Étudier le signe de la fonction f′f' sur l'intervalle ]0;2π]]0 ; 2 \pi].

    3. En déduire le sens de variation de la fonction ff sur l'intervalle ]0;2π]]0 ; 2 \pi].

    4. Déterminer la limite de ff en 0. On pourra utiliser le taux d'accroissement de la fonction sinus en 0.

  3. On considère deux nombres réels rr et ss qui vérifient l'inégalité :   0<r<s<π0<r<s<\pi.

    Montrer que :

    rs<sin⁡(r)sin⁡(s)\dfrac{r}{s}<\dfrac{\sin (r)}{\sin (s)}

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Question 1. a)

Les fonctions x↦xx\mapsto x, cos⁡\cos et sin⁡\sin sont dérivables sur [0 ;2π][0\,;2\pi], donc gg est dérivable comme somme et produit de fonctions dérivables.

Le terme xcos⁡xx\cos x est de la forme uvuv avec u(x)=xu(x)=x, v(x)=cos⁡xv(x)=\cos x, u′(x)=1u'(x)=1, v′(x)=−sin⁡xv'(x)=-\sin x. D'après la formule (uv)′=u′v+uv′(uv)'=u'v+uv' :

(xcos⁡x)′=1×cos⁡x+x×(−sin⁡x)=cos⁡x−xsin⁡x.(x\cos x)'=1\times\cos x+x\times(-\sin x)=\cos x-x\sin x.

Donc, pour tout x∈[0 ;2π]x\in[0\,;2\pi] :

g′(x)=cos⁡x−xsin⁡x−cos⁡x=−xsin⁡x.g'(x)=\cos x-x\sin x-\cos x=-x\sin x.

Question 1. b)

Signe de g′g'. Pour x∈[0 ;2π]x\in[0\,;2\pi], on a x⩾0x\geqslant0, donc le signe de g′(x)=−xsin⁡xg'(x)=-x\sin x est celui de −sin⁡x-\sin x pour x>0x>0.

  • Sur ]0 ;π[]0\,;\pi[, sin⁡x>0\sin x>0, donc g′(x)<0g'(x)<0.

  • Sur ]π ;2π[]\pi\,;2\pi[, sin⁡x<0\sin x<0, donc g′(x)>0g'(x)>0.

  • g′(0)=g′(π)=g′(2π)=0g'(0)=g'(\pi)=g'(2\pi)=0 (g′(0)=0g'(0)=0 car x=0x=0   g′(π)=g′(2π)=0g'(\pi)=g'(2\pi)=0 car sin⁡π=sin⁡2π=0\sin\pi=\sin2\pi=0).

Variations. La fonction gg est strictement décroissante sur [0 ;π][0\,;\pi] et strictement croissante sur [π ;2π][\pi\,;2\pi] (la dérivée ne s'annule qu'en des points isolés).

Valeurs aux bornes et à l'extremum.

g(0)=0×cos⁡0−sin⁡0=0,g(0)=0\times\cos0-\sin0=0,
g(π)=πcos⁡π−sin⁡π=π×(−1)−0=−π,g(\pi)=\pi\cos\pi-\sin\pi=\pi\times(-1)-0=-\pi,
g(2π)=2πcos⁡2π−sin⁡2π=2π×1−0=2π.g(2\pi)=2\pi\cos2\pi-\sin2\pi=2\pi\times1-0=2\pi.

Ces valeurs sont celles du tableau : gg part de 00 en 00, décroît jusqu'au minimum −π-\pi atteint en π\pi, puis croît jusqu'à 2π2\pi en 2π2\pi.

Question 1. c)

Appliquons le théorème des valeurs intermédiaires (corollaire pour les fonctions strictement monotones) sur [π ;2π][\pi\,;2\pi]. Vérifions ses hypothèses :

  • gg est dérivable, donc continue, sur [π ;2π][\pi\,;2\pi]

  • gg est strictement croissante sur [π ;2π][\pi\,;2\pi] (question 1. b)

  • g(π)=−π<0<2π=g(2π)g(\pi)=-\pi<0<2\pi=g(2\pi), donc 00 est compris entre g(π)g(\pi) et g(2π)g(2\pi).

Donc l'équation g(x)=0g(x)=0 admet une unique solution α\alpha dans [π ;2π][\pi\,;2\pi].

Comme g(π)≠0g(\pi)\neq0 et g(2π)≠0g(2\pi)\neq0, on a même α∈]π ;2π[\alpha\in]\pi\,;2\pi[.

Question 1. d)

Sur [0 ;π][0\,;\pi]. La fonction gg est strictement décroissante et g(0)=0g(0)=0, donc g(x)<0g(x)<0 pour x∈]0 ;π]x\in]0\,;\pi].

Sur [π ;2π][\pi\,;2\pi]. La fonction gg est strictement croissante et g(α)=0g(\alpha)=0, donc g(x)<0g(x)<0 pour x∈[π ;α[x\in[\pi\,;\alpha[ et g(x)>0g(x)>0 pour x∈]α ;2π]x\in]\alpha\,;2\pi].

Donc le tableau de signes de gg sur [0 ;2π][0\,;2\pi] est :

  • g(x)=0g(x)=0 pour x=0x=0 et x=αx=\alpha

  • g(x)<0g(x)<0 pour x∈]0 ;α[x\in]0\,;\alpha[

  • g(x)>0g(x)>0 pour x∈]α ;2π]x\in]\alpha\,;2\pi].

Question 2. a)

Les fonctions sin⁡\sin et x↦xx\mapsto x sont dérivables sur ]0 ;2π]]0\,;2\pi], et x≠0x\neq0 sur cet intervalle : ff est dérivable comme quotient.

On pose u(x)=sin⁡xu(x)=\sin x et v(x)=xv(x)=x, soit u′(x)=cos⁡xu'(x)=\cos x et v′(x)=1v'(x)=1.

D'après la formule (uv)′=u′v−uv′v2\left(\dfrac uv\right)'=\dfrac{u'v-uv'}{v^{2}} :

f′(x)=cos⁡x×x−sin⁡x×1x2=xcos⁡x−sin⁡xx2=g(x)x2.f'(x)=\dfrac{\cos x\times x-\sin x\times1}{x^{2}}=\dfrac{x\cos x-\sin x}{x^{2}}=\dfrac{g(x)}{x^{2}}.

Donc, pour tout x∈]0 ;2π]x\in]0\,;2\pi], f′(x)=g(x)x2f'(x)=\dfrac{g(x)}{x^{2}}.

Question 2. b)

Pour x∈]0 ;2π]x\in]0\,;2\pi], on a x2>0x^{2}>0. Donc f′(x)f'(x) a le même signe que g(x)g(x).

D'après la question 1. d) :

  • f′(x)<0f'(x)<0 pour x∈]0 ;α[x\in]0\,;\alpha[

  • f′(α)=0f'(\alpha)=0

  • f′(x)>0f'(x)>0 pour x∈]α ;2π]x\in]\alpha\,;2\pi].

Question 2. c)

D'après le signe de f′f' :

La fonction ff est strictement décroissante sur ]0 ;α]]0\,;\alpha].

La fonction ff est strictement croissante sur [α ;2π][\alpha\,;2\pi].

Question 2. d)

Pour x≠0x\neq0, le taux d'accroissement de la fonction sinus entre 00 et xx est

sin⁡x−sin⁡0x−0=sin⁡xx=f(x).\dfrac{\sin x-\sin0}{x-0}=\dfrac{\sin x}{x}=f(x).

La fonction sinus est dérivable en 00, de nombre dérivé cos⁡0=1\cos0=1. Donc ce taux d'accroissement tend vers 11 quand xx tend vers 00.

Donc lim⁡x→0f(x)=1\lim\limits_{x\to0}f(x)=1.

Réponse : lim⁡x→0f(x)=1\lim\limits_{x\to0}f(x)=1.

Question 3.

On a π<α\pi<\alpha (question 1. c). La fonction ff est strictement décroissante sur ]0 ;α]]0\,;\alpha], donc sur ]0 ;π]]0\,;\pi] qui est inclus dans ]0 ;α]]0\,;\alpha].

Soient rr et ss tels que 0<r<s<π0<r<s<\pi. Alors rr et ss sont dans ]0 ;π]]0\,;\pi], donc f(r)>f(s)f(r)>f(s), c'est-à-dire

sin⁡rr>sin⁡ss.\dfrac{\sin r}{r}>\dfrac{\sin s}{s}.

Comme 0<s<π0<s<\pi, on a sin⁡s>0\sin s>0. De plus r>0r>0. Donc rsin⁡s>0\dfrac{r}{\sin s}>0.

On multiplie les deux membres de l'inégalité par rsin⁡s>0\dfrac{r}{\sin s}>0, ce qui conserve le sens :

sin⁡rr×rsin⁡s>sin⁡ss×rsin⁡s.\dfrac{\sin r}{r}\times\dfrac{r}{\sin s}>\dfrac{\sin s}{s}\times\dfrac{r}{\sin s}.

On simplifie :

sin⁡rsin⁡s>rs.\dfrac{\sin r}{\sin s}>\dfrac rs.

Donc, pour 0<r<s<π0<r<s<\pi, rs<sin⁡rsin⁡s\dfrac rs<\dfrac{\sin r}{\sin s}.

Points clés attendus

  • Dériver gg avec la formule du produit et simplifier (cos⁡x\cos x s'annule).

  • Justifier le tableau de variations de gg par le signe de −xsin⁡x-x\sin x et les calculs de g(0)g(0), g(π)g(\pi) et g(2π)g(2\pi).

  • Appliquer le théorème des valeurs intermédiaires avec continuité, stricte monotonie et signes aux bornes, puis conclure à l'unicité.

  • Reconnaître le lien f′(x)=g(x)x2f'(x)=\dfrac{g(x)}{x^{2}} pour déduire le signe de f′f' de celui de gg.

  • Pour la limite en 00 : reconnaître le taux d'accroissement de sin⁡\sin en 00.

  • Pour l'inégalité finale : utiliser la décroissance de ff sur ]0 ;π]]0\,;\pi] et le signe de sin⁡s\sin s avant de multiplier.

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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2026 (Asie, 9 juin 2026 (jour 1)), 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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