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BAC Spé Maths 2023 — Amérique du Sud J1

Amérique du Sud 26 septembre 2023
Algorithmique et programmation Python Dérivation et étude de fonctions Fonction logarithme népérien Python

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

Exercice 1 — Partie A

On considère la fonction $f$ définie sur l'ensemble $\left]0\,;\,+\infty\right[$ par
$$f(x) = 1 + x^2 - 2x^2\ln(x).$$
On admet que $f$ est dérivable sur l'intervalle et on note $f'$ sa fonction dérivée.

Question Q1

Justifier que $$\lim_{x \to 0} f(x) = 1$$ et, en remarquant que $f(x) = 1 + x^2\left[1 - 2\ln(x)\right]$, justifier que $$\lim_{x \to +\infty} f(x) = -\infty.$$

Question Q2

Montrer que pour tout réel $x$ de l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$, $f'(x) = -4x\ln(x)$.

Question Q3

Étudier le signe de $f'(x)$ sur l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$, puis dresser le tableau de variations de la fonction sur l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$.

Question Q4

Démontrer que l'équation $f(x) = 0$ admet une unique solution $\alpha$ dans l'intervalle $\left[1\,;\,+\infty\right[$ et que $\alpha \in \left[1\,;\,e\right]$.

On admet dans la suite de l'exercice, que l'équation $f(x) = 0$ n'admet pas de solution sur l'intervalle $\left]0\,;\,1\right]$.

Question Q5QCM

On donne la fonction ci-dessous écrite en Python. L'instruction `from lycee import *` permet d'accéder à la fonction ln.

PYTHON
from lycee import *

def f(x) :
    return 1 + x**2 - 2*x**2*ln(x)

def dichotomie(p):
    a = 1
    b = 2.7
    while b - a > 10**(-p) :
        if f(a)*f((a+b)/2) < 0 :
            b = (a+b)/2
        else :
            a = (a+b)/2
    return (a,b)

Il écrit dans la console d'exécution :

>>> dichotomie(1)

Parmi les quatre propositions ci-dessous, recopier celle affichée par l'instruction précédente. Justifier votre réponse (on pourra procéder par élimination).

- Proposition A : `(1.75, 1.9031250000000002)`
- Proposition B : `(1.85, 1.9031250000000002)`
- Proposition C : `(2.75, 2.9031250000000002)`
- Proposition D : `(2.85, 2.9031250000000002)`

A.

`(1.75, 1.9031250000000002)`

B.

`(1.85, 1.9031250000000002)`

C.

`(2.75, 2.9031250000000002)`

D.

`(2.85, 2.9031250000000002)`

---

Partie B

On considère la fonction $g$ définie sur l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$, par
$$g(x) = \frac{\ln(x)}{1 + x^2}.$$
On admet que $g$ est dérivable sur l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$ et on note $g'$ sa fonction dérivée.
On note $\mathcal{C}_g$ la courbe représentative de la fonction $g$ dans le plan rapporté à un repère $\left(O\,;\,\vec{\imath},\,\vec{\jmath}\right)$.

Question Q6

Démontrer que pour tout réel $x$ de l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$,
$$g'(x) = \frac{f(x)}{x\left(1 + x^2\right)^2}.$$

Question Q7

Démontrer que la fonction $g$ admet un maximum en $x = \alpha$.

On admet que $g(\alpha) = \dfrac{1}{2\alpha^2}$.

Question Q8

On note $T_1$ la tangente à $\mathcal{C}_g$ au point d'abscisse $1$ et on note $T_\alpha$ la tangente à $\mathcal{C}_g$ au point d'abscisse $\alpha$.

Déterminer, en fonction de $\alpha$, les coordonnées du point d'intersection des droites $T_1$ et $T_\alpha$.

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