الفرض 3 — الدورة الثانية — الأولى باك علوم تجريبية (Évaluation n°3 — semestre 2 — النموذج 2)

فرض محروس رقم 3 للدورة الثانية فالرياضيات، الأولى باك علوم تجريبية، النموذج 2، مع التصحيح المفصل خطوة بخطوة. المحاور: Devoir réel — modèle 1 (12/05/2018). Devoir surveillé corrigé — 1ère année Bac sciences expérimentales.

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⏱️ 2h · Devoir réel — modèle 1 (12/05/2018)

Exercice 1 (5.5 pts)

On considère dans l’espace deux points \(A(0;1;2)\), \(B(2;-1;1)\) et trois vecteurs \(\vec{u}(1;0;-2)\), \(\vec{v}(1;-1;-3)\), \(\vec{w}(1;-1;2)\).
1. Donner une représentation paramétrique de la droite \((D)\) qui passe par \(B(2;-1;1)\) et de vecteur directeur \(\vec{w}(1;-1;2)\).
2. a) Montrer que les deux vecteurs \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\) ne sont pas colinéaires.
b) Montrer que \(2x-y+z-1=0\) est une équation cartésienne du plan \((P)\) qui passe par le point \(A\) et de vecteurs directeurs \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\).
3. a) Montrer que les trois vecteurs \(\vec{u}\), \(\vec{v}\) et \(\vec{w}\) ne sont pas coplanaires.
b) En déduire que la droite \((D)\) perce le plan \((P)\), et déterminer les coordonnées de leur point d’intersection.
✅ Correction de l’exercice 1 — التصحيح
[] 1. \((D)\ :\ \begin{cases}x=2+t\\y=-1-t\\z=1+2t\end{cases}\) (\(t\in\mathbb{R}\))
2.a) \(\dfrac{1}{1}=1\) et \(\dfrac{0}{-1}=0\) : les coordonnées de \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\) ne sont pas proportionnelles.
[] \(\vec{u}\) et \(\vec{v}\) ne sont pas colinéaires
b) \(A\) : \(0-1+2-1=0\) ✔ ; pour le vecteur \(\vec{u}\) : \(2\times1-0+(-2)=0\) ✔ ; pour \(\vec{v}\) : \(2+1-3=0\) ✔.
(un vecteur \((a;b;c)\) dirige le plan \(2x-y+z-1=0\) si \(2a-b+c=0\))
[] \((P)\ :\ 2x-y+z-1=0\)
💡 Méthode : \(M(x;y;z)\in(ABC)\iff\det\left(\overrightarrow{AM},\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC}\right)=0\) ; trois vecteurs sont coplanaires \(\iff\) leur déterminant est nul.
3.a) \(\det(\vec{u},\vec{v},\vec{w})=1\begin{vmatrix}-1&-1\\-3&2\end{vmatrix}-1\begin{vmatrix}0&-1\\-2&2\end{vmatrix}+1\begin{vmatrix}0&-1\\-2&-3\end{vmatrix}\)
\(=-5+2-2\)
\(=-5\neq0\)
[] \(\vec{u}\), \(\vec{v}\), \(\vec{w}\) ne sont pas coplanaires
b) \(\vec{w}\) n’est pas un vecteur directeur de \((P)\) : \((D)\) coupe \((P)\) en un point. On remplace :
\(2(2+t)-(-1-t)+(1+2t)-1=0\)
\(\iff5t+5=0\)
\(\iff t=-1\)
[] \((D)\cap(P)=\{E(1;0;-1)\}\)

Exercice 2 (14.5 pts)

On considère la fonction numérique \(f\) définie par : \(f(x)=\dfrac{x^3-2x^2-x+1}{x^2}\), et \((C_f)\) sa courbe représentative dans un repère orthonormé \((O;\vec{i};\vec{j})\).
1. Déterminer \(D_f\).
2. Calculer \(\lim\limits_{x\to0}f(x)\), et donner une interprétation géométrique du résultat obtenu.
3. a) Calculer \(\lim\limits_{x\to-\infty}f(x)\) et \(\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)\).
b) Montrer que la droite \((D)\ :\ y=x-2\) est une asymptote oblique à \((C_f)\) au voisinage de \(+\infty\) et de \(-\infty\).
c) Étudier la position relative de \((C_f)\) par rapport à la droite \((D)\).
4. a) Montrer que \((\forall x\in D_f)\ f'(x)=\dfrac{(x-1)(x^2+x+2)}{x^3}\).
b) Montrer que le signe de \(f'(x)\) est celui de \(x(x-1)\).
c) Dresser le tableau de variation de \(f\).
5. a) Montrer que \((\forall x\in D_f)\ f''(x)=\dfrac{6-2x}{x^4}\).
b) Étudier la concavité de \((C_f)\), et montrer que \((C_f)\) admet un point d’inflexion dont il faut déterminer les coordonnées.
6. On admet que \(f(-1)=-1\), \(f\left(-\dfrac{1}{2}\right)=\dfrac{7}{2}\) et \(f\left(\dfrac{1}{2}\right)=\dfrac{1}{2}\) ; construire \((C_f)\).
✅ Correction de l’exercice 2 — التصحيح
[] 1. \(D_f=\mathbb{R}^*\)
2. Calcul direct : le numérateur tend vers \(1\) et \(x^2\to0^+\) : « \(\dfrac{1}{0^+}\) ».
[] \(\lim\limits_{x\to0}f(x)=+\infty\) : la droite \(x=0\) (axe des ordonnées) est asymptote verticale
💡 Méthode : propriété du cours : en \(\pm\infty\), une fonction rationnelle a la limite du quotient de ses termes de plus haut degré.
[] 3.a) \(\lim\limits_{x\to\pm\infty}\dfrac{x^3}{x^2}=\lim\limits_{x\to\pm\infty}x=\pm\infty\)
💡 Méthode : \((D)\ :\ y=ax+b\) est asymptote oblique si \(\lim\limits_{x\to\pm\infty}[f(x)-(ax+b)]=0\) ; la position est donnée par le signe de \(f(x)-(ax+b)\).
b) \(f(x)-(x-2)=\dfrac{x^3-2x^2-x+1-x^3+2x^2}{x^2}\)
\(=\dfrac{1-x}{x^2}\to0\)
[] \((D)\ :\ y=x-2\) est asymptote oblique en \(\pm\infty\)
c) \(x^2>0\) : \(f(x)-(x-2)\) a le signe de \(1-x\).
[] \((C_f)\) au-dessus de \((D)\) sur \(]-\infty;0[\) et \(]0;1[\), en dessous sur \(]1;+\infty[\) ; ils se coupent en \((1;-1)\)
Dérivabilité : \(f\) est dérivable sur \(]-\infty;0[\) et sur \(]0;+\infty[\) ; on écrit \(f(x)=x-2-\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{x^2}\) :
4.a) \(f'(x)=1+\dfrac{1}{x^2}-\dfrac{2}{x^3}\)
\(=\dfrac{x^3+x-2}{x^3}\)
\(=\dfrac{(x-1)(x^2+x+2)}{x^3}\)
b) \(x^2+x+2>0\) (\(\Delta=1-8<0\)) ; et \(\dfrac{x-1}{x^3}=\dfrac{x(x-1)}{x^4}\) a le signe de \(x(x-1)\).
c) \(f'(x)=0\iff x=1\) ; \(f(1)=-1\) :

💡 Méthode : \(f''\geq0\) : courbe convexe ; \(f''\leq0\) : concave ; \(f''\) s’annule en changeant de signe ⇒ point d’inflexion.
5.a) \(f''(x)=-\dfrac{2}{x^3}+\dfrac{6}{x^4}\)
\(=\dfrac{6-2x}{x^4}\)
b) \(x^4>0\) : \(f''(x)\) a le signe de \(6-2x\) ; elle s’annule en \(3\) en changeant de signe ; \(f(3)=\dfrac{27-18-3+1}{9}=\dfrac{7}{9}\).
[] Convexe sur \(]-\infty;0[\) et \(]0;3]\), concave sur \([3;+\infty[\) ; point d’inflexion \(I\left(3;\dfrac{7}{9}\right)\)
6. Construction :

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