Géométrie analytique - travaux pratiques sur la représentation paramétrique du plan, Exercices de Géométrie analytique et calcul
Eusebe_S
Eusebe_S15 April 2014

Géométrie analytique - travaux pratiques sur la représentation paramétrique du plan, Exercices de Géométrie analytique et calcul

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Géométrie analytique - travaux pratiques sur la représentation paramétrique du plan. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Déterminer l’intersection des plans, Déterminer le module.
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Pondichery_S_avril 2013.dvi

[ Baccalauréat S Pondichéry 16 avril 2013 \

EXERCICE 1 5 points

Commun à tous les candidats

Partie 1

On s’intéresse à l’évolution de la hauteur d’un plant de maïs en fonction du temps. Le graphique en annexe 1 représente cette évolution. La hauteur est en mètres et le temps en jours. On décide de modéliser cette croissance par une fonction logistique du type :

h(t)= a

1+be−0,04t

a et b sont des constantes réelles positives, t est la variable temps exprimée en jours et h(t) désigne la hauteur du plant, exprimée en mètres. On sait qu’initialement, pour t = 0, le plant mesure 0,1m et que sa hauteur tend vers une hauteur limite de 2 m. Déterminer les constantes a et b afin que la fonction h corresponde à la croissance du plant de maïs étudié.

Partie 2

On considère désormais que la croissance du plant de maïs est donnée par la fonc- tion f définie sur [0 ; 250] par

f (t)= 2

1+19e−0,04t

1. Déterminer f ′(t) en fonction de t ( f ′ désignant la fonction dérivée de la fonc- tion f ). En déduire les variations de la fonction f sur l’intervalle [0 ; 250].

2. Calculer le temps nécessaire pour que le plant de maïs atteigne une hauteur supérieure à 1,5 m.

3. a. Vérifier que pour tout réel t appartenant à l’intervalle [0 ; 250] on a f (t)= 2e0,04t

e0,04t +19 .

Montrer que la fonction F définie sur l’intervalle [0 ; 250] par

F (t)= 50ln (

e0,04t +19 )

est une primitive de la fonction f .

b. Déterminer la valeur moyenne de f sur l’intervalle [50 ; 100].

En donner une valeur approchée à 10−2 près et interpréter ce résultat.

4. On s’intéresse à la vitesse de croissance du plant demaïs ; elle est donnée par la fonction dérivée de la fonction f .

La vitesse de croissance est maximale pour une valeur de t .

En utilisant le graphique donné en annexe, déterminer une valeur approchée de celle-ci. Estimer alors la hauteur du plant.

EXERCICE 2 4 points

Commun à tous les candidats

Pour chacune des questions, quatre propositions de réponse sont données dont une

seule est exacte. Pour chacune des questions indiquer, sans justification, la bonne ré-

ponse sur la copie. Une réponse exacte rapporte 1 point. Une réponse fausse ou l’ab- sence de réponse ne rapporte ni n’enlève aucun point. Il en est de même dans le cas où

plusieurs réponses sont données pour une même question.

L’espace est rapporté à un repère orthonormal. t et t ′ désignent des paramètres réels.

Baccalauréat S A. P. M. E. P.

Le plan (P) a pour équation x−2y +3z+5= 0.

Le plan (S) a pour représentation paramétrique

x = −2+ t +2t y = −t −2t z = −1− t +3t

La droite (D) a pour représentation paramétrique

x = −2+ t y = −t z = −1− t

On donne les points de l’espace M(−1 ; 2 ; 3) et N(1 ; −2 ; 9).

1. Une représentation paramétrique du plan (P) est :

a.

x = t y = 1−2t z = −1+3t

b.

x = t +2t y = 1− t + t z = −1− t

c.

x = t + t y = 1− t −2t z = 1− t −3t

d.

x = 1+2t + t y = 1−2t +2t z = −1− t

2. a. La droite (D) et le plan (P) sont sécants au point A(−8 ; 3 ; 2). b. La droite (D) et le plan (P) sont perpendiculaires.

c. La droite (D) est une droite du plan (P).

d. La droite (D) et le plan (P) sont strictement parallèles.

3. a. La droite (MN) et la droite (D) sont orthogonales.

b. La droite (MN) et la droite (D) sont parallèles.

c. La droite (MN) et la droite (D) sont sécantes.

d. La droite (MN) et la droite (D) sont confondues.

4. a. Les plans (P) et (S) sont parallèles.

b. Ladroite (∆) de représentationparamétrique

x = t y = −2− t z = −3− t

est la droite

d’intersection des plans (P) et (S).

c. Le point M appartient à l’intersection des plans (P) et (S).

d. Les plans (P) et (S) sont perpendiculaires.

EXERCICE 3 5 points

Candidats n’ayant pas suivi l’enseignement de spécialité

Le plan complexe est muni d’un repère orthonormé direct (

O, −→ u ,

−→ v )

.

On note i le nombre complexe tel que i2 =−1. On considère le point A d’affixe zA = 1 et le point B d’affixe zB = i. À tout point M d’affixe zM = x+ iy , avec x et y deux réels tels que y 6= 0, on associe le point M ′ d’affixe zM ′ =−izM . On désigne par I le milieu du segment [AM]. Le but de l’exercice est demontrer que pour tout pointM n’appartenant pas à (OA), la médiane (OI ) du triangle OAM est aussi une hauteur du triangle OBM ′ (propriété 1) et que BM ′ = 2OI (propriété 2).

1. Dans cette question et uniquement dans cette question, on prend

zM = 2e−i π

3 .

a. Déterminer la forme algébrique de zM .

b. Montrer que zM ′ =− p 3− i.

Déterminer le module et un argument de zM ′ .

c. Placer les points A, B,M ,M ′ et I dans le repère (

O, −→ u ,

−→ v )

en prenant 2 cm

pour unité graphique.

Tracer la droite (OI ) et vérifier rapidement les propriétés 1 et 2 à l’aide du graphique.

Pondichéry 2 16 avril 2013

Baccalauréat S A. P. M. E. P.

2. On revient au cas général en prenant zM = x+ iy avec y 6= 0. a. Déterminer l’affixe du point I en fonction de x et y .

b. Déterminer l’affixe du point M ′ en fonction de x et y .

c. Écrire les coordonnées des points I , B et M ′.

d. Montrer que la droite (OI ) est une hauteur du triangle OBM ′.

e. Montrer que BM ′ = 2OI .

EXERCICE 3 5 points

Candidats ayant suivi l’enseignement de spécialité

On étudie l’évolution dans le temps du nombre de jeunes et d’adultes dans une po- pulation d’animaux. Pour tout entier naturel n, on note jn le nombre d’animaux jeunes après n années d’observation et an le nombre d’animaux adultes après n années d’observation. Il y a au début de la première année de l’étude, 200 animaux jeunes et 500 animaux adultes. Ainsi j0 = 200 et a0 = 500. On admet que pour tout entier naturel n on a :

{

jn+1 = 0,125 jn +0,525an an+1 = 0,625 jn +0,625an

On introduit les matrices suivantes :

A = (

0,125 0,525 0,625 0,625

)

et, pour tout entier naturel n,Un = (

jn an

)

.

1. a. Montrer que pour tout entier naturel n,Un+1 = A×Un . b. Calculer le nombre d’animaux jeunes et d’animaux adultes après un an

d’observationpuis après deux ans d’observation (résultats arrondis à l’unité près par défaut).

c. Pour tout entier naturel n non nul, exprimer Un en fonction de An et de U0.

2. On introduit les matrices suivantesQ = (

7 3 −5 5

)

etD = (

−0,25 0 0 1

)

.

a. On admet que la matriceQ est inversible et queQ−1 = (

0,1 −0,06 0,1 0,14

)

.

Montrer queQ×D×Q−1= A. b. Montrer par récurrence sur n que pour tout entier naturel n non nul :

An =Q×Dn ×Q−1. c. Pour tout entier naturel n non nul, déterminerDn en fonction de n.

3. On admet que pour tout entier naturel n non nul,

An = (

0,3+0,7× (−0,25)n 0,42−0,42× (−0,25)n 0,5−0,5× (−0,25)n 0,7 +0,3 × (−0,25)n

)

a. En déduire les expressions de jn et an en fonction de n et déterminer les limites de ces deux suites.

b. Que peut-on en conclure pour la population d’animaux étudiée ?

EXERCICE 4 6 points

Commun à tous les candidats

Dans une entreprise, on s’intéresse à la probabilité qu’un salarié soit absent durant une période d’épidémie de grippe.

Pondichéry 3 16 avril 2013

Baccalauréat S A. P. M. E. P.

• Un salarié malade est absent • La première semaine de travail, le salarié n’est pas malade. • Si la semaine n le salarié n’est pas malade, il tombe malade la semaine n+1

avec une probabilité égale à 0,04. • Si la semaine n le salarié est malade, il restemalade la semaine n+1 avec une

probabilité égale à 0,24. On désigne, pour tout entier naturel n supérieur ou égal à 1, par En l’évènement « le salarié est absent pour cause de maladie la n-ième semaine ». On note pn la probabilité de l’évènement En . On a ainsi : p1 = 0 et, pour tout entier naturel n supérieur ou égal à 1 : 06 pn < 1.

1. a. Déterminer la valeur de p3 à l’aide d’un arbre de probabilité.

b. Sachant que le salarié a été absent pour cause de maladie la troisième semaine, déterminer la probabilité qu’il ait été aussi absent pour cause de maladie la deuxième semaine.

2. a. Recopier sur la copie et compléter l’arbre de probabilité donné ci-dessous

Enpn

En+1. . .

En+1. . .

En . . .

En+1. . .

En+1. . .

b. Montrer que, pour tout entier naturel n supérieur ou égal à 1,

pn+1 = 0,2pn +0,04. c. Montrer que la suite (un) définie pour tout entier naturel n supérieur ou

égal à 1 par un = pn −0,05 est une suite géométrique dont on donnera le premier terme et la raison r .

En déduire l’expression de un puis de pn en fonction de n et r .

d. En déduire la limite de la suite (

pn )

.

e. On admet dans cette question que la suite (

pn )

est croissante. On consi- dère l’algorithme suivant :

Variables K et J sont des entiers naturels, P est un nombre réel

Initialisation P prend la valeur 0 J prend la valeur 1

Entrée Saisir la valeur de K Traitement Tant que P < 0,05−10−K

P prend la valeur 0,2×P+0,04 J prend la valeur J +1

Fin tant que Sortie Afficher J

À quoi correspond l’affichage final J ?

Pourquoi est-on sûr que cet algorithme s’arrête ?

3. Cette entreprise emploie 220 salariés. Pour la suite on admet que la probabi- lité pour qu’un salarié soit malade une semaine donnée durant cette période d’épidémie est égale à p = 0,05. On suppose que l’état de santé d’un salarié ne dépend pas de l’état de santé de ses collègues.

On désigne par X la variable aléatoire qui donne le nombre de salariés ma- lades une semaine donnée.

Pondichéry 4 16 avril 2013

Baccalauréat S A. P. M. E. P.

a. Justifier que la variable aléatoire X suit une loi binomiale dont on don- nera les paramètres.

Calculer l’espérance mathématique µ et l’écart type σ de la variable aléa- toire X .

b. On admet que l’on peut approcher la loi de la variable aléatoire X µ σ

par la loi normale centrée réduite c’est-à-dire de paramètres 0 et 1.

On note Z une variable aléatoire suivant la loi normale centrée réduite.

Le tableau suivant donne les probabilités de l’évènement Z < x pour quelques valeurs du nombre réel x.

x −1,55 −1,24 −0,93 −0,62 −0,31 0,00 0,31 0,62 0,93 1,24 1,55

P (Z < x) 0,061 0,108 0,177 0,268 0,379 0,500 0,621 0,732 0,823 0,892 0,939

Calculer, au moyen de l’approximation proposée en question b., une va- leur approchée à 10−2 près de la probabilité de l’évènement : « le nombre de salariés absents dans l’entreprise au cours d’une semaine donnée est supérieur ou égal à 7 et inférieur ou égal à 15 ».

Pondichéry 5 16 avril 2013

Baccalauréat S A. P. M. E. P.

Annexe (Exercice 1)

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

y = 2

temps t (en jours)

hauteur (enmètres)

Pondichéry 6 16 avril 2013

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