Statistiques - Travaux pratiques 14, Exercices de Informatique et analyse de données statistiques
Emmanuel_89
Emmanuel_8929 May 2014

Statistiques - Travaux pratiques 14, Exercices de Informatique et analyse de données statistiques

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Statistiques - Travaux pratiques 14 Les principaux thèmes abordés sont les suivants: le repère orthonormal, la représentation paramétrique.
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Terminale S

Terminale S avril 2013

Pondichéry

1. Exercice 1 (5 points)

Partie 1

On s’intéresse à l’évolution de la hauteur d’un plant de maïs en fonction du temps. Le graphique ci-dessous 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 :   0,041 t

a h t

be  

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 0t  , le plant mesure 0,1 m 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 fonction f définie sur [0 ; 250] par

  0,04

2

1 19 t f t

e  

.

1. Déterminer  'f t en fonction de t. 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   0,04

0,04

2

19

t

t

e f t

e

 . Montrer que la fonction

F définie sur l’intervalle [0 ; 250] par    0,0450ln 19tF t e  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 de maïs; 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 ci-dessous, déterminer une va leur approchée de celle-ci. Estimer alors la hauteur du plant.

2. Exercice 2 (4 points)

Pour chacune des questions, quatre propositions de réponse sont données dont une seule est exacte. Pour chacune des questions indiquer, sans justification, la bonne réponse sur la copie. Une réponse exacte rapporte 1 point. Une réponse

fausse ou l’absence 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.

Le plan (P) a pour équation 2 3 5 0x y z    .

Le plan (S) a pour représentation paramétrique

2 2 '

2 '

1 3 '

x t t

y t t

z t t

       

    

.

La droite (D) a pour représentation paramétrique

2

1

x t

y t

z t

     

   

.

On donne les points de l’espace  1 ; 2 ; 3M  et  1 ; 2 ; 9N  .

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

a. 1 2

1 3

x t

y t

z t

   

   

b.

2 '

1 '

1

x t t

y t t

z t

     

   

c.

'

1 2 '

1 3 '

x t t

y t t

z t t

     

    

d.

1 2 '

1 2 2 '

1 '

x t t

y t t

z 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. La droite (  ) de représentation paramétrique 2

3

x t

y t

z 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.

3. Exercice 3 (5 points, non spécialistes)

Le plan complexe est muni d’un repère orthonormé direct ( ; , )O u v . On note i le nombre complexe tel que 2 1i   .

On considère le point A d’affixe 1Az  et le point B d’affixe Bz i .

À tout point M d’affixe Mz x iy  avec x et y deux réels tels que 0y  , on associe le point M’ d’affixe 'M Mz iz  .

On désigne par I le milieu du segment [AM].

Le but de l’exercice est de montrer que pour tout point M 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 32 i

Mz e

 

 .

a. Déterminer la forme algébrique de zM.

b. Montrer que ' 3Mz i   . Déterminer le module et un argument de 'Mz .

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.

2. On revient au cas général en prenant Mz x iy  avec 0y  .

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.

4. Exercice 3 (5 points, spécialistes)

On étudie l’évolution dans le temps du nombre de jeunes et d’adultes dans une population 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 : 1

1

0,125 0,525

0,625 0,625

n n n

n n n

j j a

a j a

  

  .

On introduit les matrices suivantes : 0,125 0,525

0,625 0,625 A       

et, pour tout entier naturel n, n

n n

j U

a

      

.

a. Montrer que pour tout entier naturel n, 1n nU A U   .

b. Calculer le nombre d’animaux jeunes et d’animaux adultes après un an d’observation puis 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 suivantes 7 3

5 5 Q       

et 0,25 0

0 1 D

      

.

a. On admet que la matrice Q est inversible et que 1 0,1 0,06

0,1 0,14 Q

      

. Montrer que 1Q D Q A   .

b. Montrer par récurrence sur n que pour tout entier naturel n non nul : 1n nA Q D Q   .

c. Pour tout entier naturel n non nul, déterminer nD en fonction de n.

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

   

0,3 0,7 0,25 0,42 0,42 0,25

0,5 0,5 0,25 0,7 0,3 0,25

n n

n

n n A

                

.

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 ?

5. Exercice 4 (6 points)

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

• 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 reste malade 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’événement « le salarié est absent pour cause de maladie la

n-ième semaine ». On note np la probabilité de l’événement

En.

On a ainsi 1 0p  .

1. a. Déterminer la valeur de 3p 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-contre.

En+1

En+1

En

En

pn

….

…. ….

…. 1En

1En….

b. Montrer que, pour tout entier naturel n supérieur ou égal à 1, 1 0,2 0,04n np p   .

c. Montrer que la suite  nu définie pour tout entier naturel n supérieur ou égal à 1 par 0,05n nu p  est une suite

géométrique dont on donnera le premier terme et la raison q.

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

d. En déduire la limite de la suite  np .

e. On admet dans cette question que la suite  np est croissante. On considère 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 probabilité 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 malades une semaine donnée.

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

Calculer l’espérance mathématique  et l’écart type  de la variable aléatoire X.

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

 X par la loi normale centrée réduite c’est-à-

dire la loi normale 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’événement Z < x pour quelques valeurs du nombre réel x.

x –1,55 –1,24 –0,92 –0,62 –0,31 0,00 0,31 0,62 0,93 1,24 1,55

 p Z x 0,061 0,100 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 valeur approchée à 10−2 près de la probabilité de l’événement : « 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 ».

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