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BAC Spé Maths 2023 — Amérique du Sud J1

Amérique du Sud 26 septembre 2023
Équations différentielles Limites de fonctions Suites numériques

Cet exercice est issu des annales officielles du Baccalauréat Spécialité Mathématiques (Terminale générale), session Amérique du Sud J1 2023. Il couvre 3 thèmes : Équations différentielles, Limites de fonctions, Suites numériques. L'énoncé est accompagné d'indices progressifs pour guider la réflexion sans donner la réponse, et d'un corrigé détaillé.

Exercice 4 — Partie A

Le but de la partie A est d'étudier le comportement de la suite $(u_n)$ définie par $u_0 = 0{,}3$ et par la relation de récurrence, pour tout entier naturel $n$ :
$$u_{n+1} = 2u_n(1 - u_n).$$
Cette relation de récurrence s'écrit $u_{n+1} = f(u_n)$, où $f$ est la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par :
$$f(x) = 2x(1 - x).$$

Question Q1

Démontrer que la fonction $f$ est strictement croissante sur l'intervalle $\left[0\,;\,\dfrac{1}{2}\right]$.

Question Q2

On admet que pour tout entier naturel $n$, $0 \leqslant u_n \leqslant \dfrac{1}{2}$.

Calculer $u_1$ puis effectuer un raisonnement par récurrence pour démontrer que pour tout entier naturel $n$, $u_n \leqslant u_{n+1}$.

Question Q3

En déduire que la suite $(u_n)$ est convergente.

Question Q4

Justifier que la limite de la suite $(u_n)$ est égale à $\dfrac{1}{2}$.

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Partie B

Le but de cette partie est d'étudier un modèle d'évolution d'une population.
En 2022, cette population compte 3 000 individus.
On note $P_n$ l'effectif en milliers de la population l'année $2022 + n$. Ainsi $P_0 = 3$.
Selon un modèle inspiré du modèle de Verhulst, mathématicien belge du XIX$^\text{e}$ siècle, on considère que, pour tout entier naturel $n$ :
$$P_{n+1} - P_n = P_n(1 - b \times P_n),$$
où $b$ est un réel strictement positif.
Le réel $b$ est un facteur de freinage qui permet de tenir compte du caractère limité des ressources du milieu dans lequel évoluent ces individus.

1. Dans cette question $b = 0$.

Justifier que la suite $(P_n)$ est une suite géométrique dont on précisera la raison.

Question Q5b

Déterminer la limite de $P_n$.

2. Dans cette question $b = 0{,}2$.

Pour tout entier naturel $n$, on pose $v_n = 0{,}1 \times P_n$.

Calculer $v_0$ puis montrer que, pour tout entier naturel $n$, $v_{n+1} = 2v_n(1 - v_n)$.

Question Q6b

Dans ce modèle, justifier que la population se stabilisera autour d'une valeur que l'on précisera.

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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