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Problèmes et Exercices de Mathématiques pour le Baccalauréat C de Rennes (juin 1971), Exercices de Géométrie analytique et calcul

Exercices de géométrie 2. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: le nombre réel, les valeurs de l’entier naturel n, l’ensemble des cercles du plan.

Typologie: Exercices

2013/2014

Téléchargé le 03/04/2014

Charlotte_Marseille
Charlotte_Marseille 🇫🇷

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bg1
[Baccalauréat C Rennes juin 1971 \
EXER CIC E 1
Soit fla fonction qui associe, à tout nombre réel x, le nombre réel
f(x)=¯
¯e2xex¯
¯2.
1. Étudier les variations de f.
La fonction fest-elle continue, dérivable pour la valeur 0 de la variable x?
Construire la représentation graphique (Γ) de fdans un plan rapporté à un re-
père orthonormé d’axes xOxet yOy(on prendra 2 centimètres comme unité
de longueur).
2. (Γ) coupe l’axe yOyen A. Soit λun nombre réel négatif et (Dλ)la droite
d’équation x=λ.
Exprimer, en centimètres carrés et en fonction de λ, l’aire Sλde l’ensemble
des points dont l’abscisse est comprise entre λet 0 et qui sont situés entre (Γ)
et la parallèle à xOxmenée par A.
EXER CIC E 2
Donner, suivant les valeurs de l’entier naturel n, le reste de la division euclidienne
de 4npar 7.
Un entier As’écrit 13 321 dans le système de numération de base quatre. Quel est le
reste de la division de Apar 7 ?
PROB LÈM E
L’univers du problème est un plan euclidien (Π) rapporté à un repère orthonormé
d’axes xOx,yOy.
aétant un nombre réel strictement positif, soit (C) le cercle de centre O et de rayon
a.
Soit Gl’ensemble des cercles du plan (Π) orthogonaux à (C) et de rayon non nul. (Γ)
étant un élément de G, on appelle ωson centre et (D) la polaire de O par rapport à
(Γ) ; si P désigne un point de (C), la polaire de P par rapport à (Γ) est notée ().
Partie A
Dans cette première partie, que l’on demande de traiter géométriquement, sans
faire appel aux coordonnées, le point P est un point fixe de (C) et le cercle (Γ) un
élément variable.
1. Quelle est l’image de Gpar l’application de Gdans (Π) qui à (Γ), élément de
G, fait correspondre son centre ω? Cette application est-elle injective ?
2. Montrer qu’il existe un point fixe Pde (Π) tel que, quel que soit le cercle (Γ),
élément de G, () passe par P.
3. Si Rest la relation définie sur Gpar (Γ)R(Γ) si, et seulement si, la polaire de P
par rapport à (Γ) est la droite (), polaire de P par rapport à (Γ), montrer que
Rest une relation d’équivalence.
Caractériser, géométriquement, les classes d’équivalence définies dans Gpar
R. [En d’autres termes, il est demandé, dans cette fin de question, de caracté-
riser géométriquement un ensemble de cercles de (Π) orthogonaux à (C) et de
rayon non nul tels que P ait même polaire par rapport à tous ces cercles.]
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[ Baccalauréat C Rennes juin 1971 \

EXERCICE 1

Soit f la fonction qui associe, à tout nombre réel x , le nombre réel

f ( x ) =

e^2 x^ − e x^

1. Étudier les variations de f. La fonction f est-elle continue, dérivable pour la valeur 0 de la variable x? Construire la représentation graphique (Γ) de f dans un plan rapporté à un re- père orthonormé d’axes x ′O x et y ′O y (on prendra 2 centimètres comme unité de longueur). 2. (Γ) coupe l’axe y ′O y en A. Soit λ un nombre réel négatif et ( ) la droite d’équation x = λ. Exprimer, en centimètres carrés et en fonction de λ , l’aire de l’ensemble des points dont l’abscisse est comprise entre λ et 0 et qui sont situés entre (Γ) et la parallèle à x ′O x menée par A.

EXERCICE 2

Donner, suivant les valeurs de l’entier naturel n , le reste de la division euclidienne de 4 n^ par 7. Un entier A s’écrit 13 321 dans le système de numération de base quatre. Quel est le reste de la division de A par 7?

PROBLÈME

L’univers du problème est un plan euclidien (Π) rapporté à un repère orthonormé d’axes x ′O x , y ′O y. a étant un nombre réel strictement positif, soit ( C ) le cercle de centre O et de rayon a. Soit G l’ensemble des cercles du plan (Π) orthogonaux à ( C ) et de rayon non nul. (Γ) étant un élément de G , on appelle ω son centre et (D) la polaire de O par rapport à (Γ) ; si P désigne un point de ( C ), la polaire de P par rapport à (Γ) est notée (∆).

Partie A

Dans cette première partie, que l’on demande de traiter géométriquement, sans faire appel aux coordonnées, le point P est un point fixe de ( C ) et le cercle (Γ) un élément variable.

1. Quelle est l’image Ω de G par l’application de G dans (Π) qui à (Γ), élément de G , fait correspondre son centre ω? Cette application est-elle injective? 2. Montrer qu’il existe un point fixe P′^ de (Π) tel que, quel que soit le cercle (Γ), élément de G , (∆) passe par P′. 3. Si R est la relation définie sur G par (Γ) R (Γ′) si, et seulement si, la polaire de P par rapport à (Γ′) est la droite (∆), polaire de P par rapport à (Γ), montrer que R est une relation d’équivalence. Caractériser, géométriquement, les classes d’équivalence définies dans G par R. [En d’autres termes, il est demandé, dans cette fin de question, de caracté- riser géométriquement un ensemble de cercles de (Π) orthogonaux à ( C ) et de rayon non nul tels que P ait même polaire par rapport à tous ces cercles.]

Le baccalauréat de 1971 A. P. M. E. P.

4. Soit ( L ) une droite de (Π) passant par P et recoupant ( C ) en un point B dis- tinct de P. Ω étant la partie de (Π) définie au 1., à tout ω ∈ ( L ) ∩ Ω correspond un cercle (Γ) de centre ω ; soit M l’intersection de ( D ) avec (∆) et H l’intersec- tion de ( D ) avec la droite (O ω ). [On rappelle que (D) et (∆) sont les polaires respectives de O et de P par rapport à (Γ).] a. Quelle est la polaire de M par rapport à (Γ)? Quel est l’axe radical de (Γ) et du cercle circonscrit au triangle ω BM? Montrer que le cercle circonscrit au triangle ω BM est un cercle (Γ′) élé- ment de G. À tout ω ∈ ( L ) ∩ Ω correspond ainsi un point ω ′^ de (Π), centre du cercle (Γ′) circonscrit à ω BM ; quel est l’ensemble des points ω ′^ correspondant aux points ω de ( L ) ∩ Ω? b. À l’aide d’une inversion de centre O, déterminer l’ensemble des points H lorsque ω décrit ( L ) ∩ Ω. c. Montrer que, quel que soit ω ∈ ( L ) ∩ Ω, il existe un point fixe, K, de (Π) tel que ( D ) passe par K. Comment peut-on définir et construire simplement K à partir de ( C ) et de ( L )?

Partie B

Dans cette seconde partie, le point P est variable sur ( C ), mais le cercle (Γ) est le cercle fixe de G dont le centre ω a pour coordonnées (2 a ; 0).

1. Soit E et E′^ les points d’intersection de ( C ) avec (Γ), E désignant celui qui a une ordonnée positive. Montrer que les droites (OE) et (OE′) ont pour équations respectives

y =

p 3 x et y = −

p 3 x.

2. Soit F et F′^ les points d’intersection de la polaire (∆) de P par rapport à (Γ) et des droites (OE) et (OE′) respectivement. Montrer, géométriquement, que la droite ( ω F) est perpendiculaire à (PE) et ( ω F′) à (PE′). Calculer la mesure de l’angle ( ω F, ω F′) et établir les égalités

( w O, w F′) = (FO, F w ) et OF · OF′^ = 4 a^2.

3. Si θ désigne l’angle du vecteur unitaire de O x et de

OP (0 6 θ < 2 π ) et si

r = OP, les coordonnées de P s’écrivent x = r cos θ et y = sin θ. Calculer en fonction de θ les coordonnées de F et de F′, puis celles du milieu, I, du segment FF′. Montrer que, lorsque P décrit (Γ), l’ensemble des points I correspondant, est une hyperbole, dont on précisera les éléments.

Rennes 2 juin 1971