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BAC Spé Maths 2023 — Amérique du Nord J1

Amérique du Nord 27 mars 2023
Algorithmique et programmation Python Géométrie plane Limites de fonctions Suites numériques

Cet exercice est issu des annales officielles du Baccalauréat Spécialité Mathématiques (Terminale générale), session Amérique du Nord J1 2023. Il couvre 4 thèmes : Algorithmique et programmation Python, Géométrie plane, Limites de fonctions…. L'énoncé est accompagné d'indices progressifs pour guider la réflexion sans donner la réponse, et d'un corrigé détaillé.

On considère la suite $(u_n)$ définie par $u_0 = 5$ et pour tout entier naturel $n$,

$$u_{n+1} = \frac{1}{2}\left(u_n + \frac{11}{u_n}\right)$$

On admet que la suite $(u_n)$ est bien définie.

Partie A — Étude de la suite $(u_n)$

Question Q1

Donner $u_1$ et $u_2$ sous forme de fractions irréductibles.

Question Q2

On considère la fonction $f$ définie sur l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$ par :

$$f(x) = \frac{1}{2}\left(x + \frac{11}{x}\right)$$

Démontrer que la fonction $f$ est croissante sur l'intervalle $\left[\sqrt{11}\,;\,+\infty\right[$.

Question Q3

Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel $n$, on a : $u_n \geqslant u_{n+1} \geqslant \sqrt{11}$.

Question Q4

En déduire que la suite $(u_n)$ converge vers une limite réelle. On note $a$ cette limite.

Question Q5

Après avoir déterminé et résolu une équation dont $a$ est solution, préciser la valeur exacte de $a$.

Partie B — Application géométrique

Pour tout entier naturel $n$, on considère un rectangle $R_n$ d'aire $11$ dont la largeur est notée $\ell_n$ et longueur $L_n$.

La suite $(L_n)$ est définie par $L_0 = 5$ et, pour tout entier naturel $n$,

$$L_{n+1} = \frac{L_n + \ell_n}{2}$$

Expliquer pourquoi $\ell_0 = 2{,}2$.

Question Q6b

Établir que pour tout entier naturel $n$,
$$\ell_n = \frac{11}{L_n}.$$

Question Q7

Vérifier que la suite $(L_n)$ correspond à la suite $(u_n)$ de la partie A.

Question Q8

Montrer que pour tout entier naturel $n$, on a $\ell_n \leqslant \sqrt{11} \leqslant L_n$.

Question Q9

On admet que les suites $(L_n)$ et $(\ell_n)$ convergent toutes les deux vers $\sqrt{11}$. Interpréter géométriquement ce résultat dans le contexte de la partie B.

Voici un script, écrit en langage Python, relatif aux suites étudiées dans cette partie :

PYTHON
def heron(n):
    L = 5
    l = 2.2
    for i in range(n):
        L = (L + l) / 2
        l = 11 / L
    return round(l, 6), round(L, 6)

On rappelle que la fonction Python `round(x, k)` renvoie une version arrondie du nombre `x` avec `k` décimales.

Si l'utilisateur tape `heron(3)` dans une console d'exécution Python, qu'obtient-il comme valeurs de sortie pour $\ell$ et $L$ ?

Question Q10b

Donner une interprétation de ces deux valeurs.

Énoncé : Ministère de l'Éducation nationale — Baccalauréat Spécialité Mathématiques, Amérique du Nord J1 2023. Diffusé sous Licence Ouverte 2.0 (Etalab). Indices et correction : © Objectif Maths Tours.
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