الفرض 3 — الدورة الأولى — الثانية باك علوم فيزيائية (Devoir Surveillé n°3 — النموذج 5)

فرض محروس رقم 3 للدورة الأولى فالرياضيات، الثانية باك علوم فيزيائية، النموذج 5، مع التصحيح المفصل خطوة بخطوة. المحاور: exercices inspirés de devoirs réels (types mélangés, nombres et fonctions modifiés) — Suites, nombres complexes, fonction logarithme. Devoir surveillé corrigé — 2ème année Bac…

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⏱️ 2h · exercices inspirés de devoirs réels (types mélangés, nombres et fonctions modifiés) — Suites, nombres complexes, fonction logarithme

Exercice 1 (5 pts)

Soit \((u_n)\) la suite définie par \(u_0=5\) et \(u_{n+1}=\dfrac{8u_n}{4+u_n}\) pour tout \(n\in\mathbb{N}\).
1. Montrer par récurrence que \((\forall n\in\mathbb{N})\ u_n>4\).
2. Montrer que \((u_n)\) est décroissante, puis en déduire qu’elle est convergente.
3. On pose \(v_n=\dfrac{u_n}{u_n-4}\) pour tout \(n\in\mathbb{N}\).
a) Montrer que \((v_n)\) est une suite géométrique de raison \(2\).
b) En déduire que \(u_n=\dfrac{4v_n}{v_n-1}\), puis calculer \(\lim\limits_{n\to+\infty}u_n\).
✅ Correction de l’exercice 1 — التصحيح
1. \(u_0=5>4\) ✔. Si \(u_n>4\) :
\(u_{n+1}-4=\dfrac{8u_n-16-4u_n}{4+u_n}\)
\(=\dfrac{4\left(u_n-4\right)}{4+u_n}>0\)
[] \((\forall n\in\mathbb{N})\ u_n>4\)
2. \(u_{n+1}-u_n=\dfrac{8u_n-4u_n-u_n^2}{4+u_n}\)
\(=\dfrac{u_n\left(4-u_n\right)}{4+u_n}<0\)
\((u_n)\) est décroissante et minorée par \(4\) :
[] \((u_n)\) est convergente
3. a) \(v_{n+1}=\dfrac{u_{n+1}}{u_{n+1}-4}=\dfrac{\frac{8u_n}{4+u_n}}{\frac{4\left(u_n-4\right)}{4+u_n}}\)
\(=\dfrac{2u_n}{u_n-4}=2v_n\)
[] \((v_n)\) est géométrique de raison \(2\) et \(v_0=\dfrac{5}{1}=5\)
b) \(v_n\left(u_n-4\right)=u_n\iff u_n\left(v_n-1\right)=4v_n\iff u_n=\dfrac{4v_n}{v_n-1}\) ; \(v_n=5\times2^n\to+\infty\) :
\(u_n=\dfrac{4}{1-\frac{1}{v_n}}\to4\)
[] \(\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=4\)

Exercice 2 (6 pts)

On considère le polynôme \(P(z)=z^3-(2+2i)z^2+(2+4i)z-4i\) pour \(z\in\mathbb{C}\).
1. Vérifier que \(P(2i)=0\).
2. Déterminer les réels \(a\) et \(b\) tels que \((\forall z\in\mathbb{C})\ P(z)=(z-2i)\left(z^2+az+b\right)\).
3. Résoudre dans \(\mathbb{C}\) l’équation \(P(z)=0\).
4. Dans le plan complexe \((O;\vec{u};\vec{v})\), on considère les points \(A\), \(B\), \(C\) et \(\Omega\) d’affixes \(2i\), \(1+i\), \(1-i\) et \(-1\).
a) Montrer que le triangle \(OBC\) est rectangle isocèle en \(O\).
b) Montrer que les points \(A\), \(B\) et \(C\) appartiennent au cercle de centre \(\Omega\) dont on déterminera le rayon.
✅ Correction de l’exercice 2 — التصحيح
1. \((2i)^2=-4\) et \((2i)^3=-8i\) : \(P(2i)=-8i+4(2+2i)+2i(2+4i)-4i\)
\(=-8i+8+8i+4i-8-4i=0\)
2. \((z-2i)\left(z^2+az+b\right)=z^3+(a-2i)z^2+(b-2ai)z-2bi\)
Par identification : \(-2bi=-4i\) et \(a-2i=-2-2i\) :
[] \(a=-2\) et \(b=2\) (on vérifie \(b-2ai=2+4i\) ✔)
3. \(z^2-2z+2=0\) : \(\Delta=-4=(2i)^2\), \(z=1+i\) ou \(z=1-i\) :
[] \(S=\{2i;1+i;1-i\}\)
4. a) \(\dfrac{z_B-0}{z_C-0}=\dfrac{1+i}{1-i}\)
\(=\dfrac{(1+i)^2}{2}=i\)
[] \(OB=OC\) et \(\left(\overrightarrow{OC};\overrightarrow{OB}\right)\equiv\dfrac{\pi}{2}\ [2\pi]\) : \(OBC\) est rectangle isocèle en \(O\)
b) \(\Omega A=|2i+1|=\sqrt{5}\) ; \(\Omega B=|2+i|=\sqrt{5}\) ; \(\Omega C=|2-i|=\sqrt{5}\) :
[] \(A\), \(B\) et \(C\) appartiennent au cercle de centre \(\Omega\) et de rayon \(\sqrt{5}\)

Exercice 3 (9 pts)

Partie I. Soit \(g\) la fonction définie sur \(]0;+\infty[\) par \(g(x)=x-2\ln x\).
1. Calculer \(g'(x)\) et dresser le tableau de variations de \(g\) (sans les limites).
2. En déduire que \((\forall x>0)\ g(x)>0\) (on donne \(\ln2<1\)).
Partie II. Soit \(f\) la fonction définie sur \(]0;+\infty[\) par \(f(x)=x-(\ln x)^2\).
1. Calculer \(\lim\limits_{x\to0^+}f(x)\) et interpréter graphiquement le résultat.
2. a) En posant \(t=\sqrt{x}\), montrer que \(\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac{(\ln x)^2}{x}=0\).
b) En déduire \(\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)\) et étudier la branche infinie de \((C_f)\) au voisinage de \(+\infty\).
3. Montrer que \((\forall x>0)\ f'(x)=\dfrac{g(x)}{x}\) et dresser le tableau de variations de \(f\).
4. Montrer que l’équation \(f(x)=0\) admet une solution unique \(\alpha\) dans \(\left]\dfrac{1}{e};1\right[\).
✅ Correction de l’exercice 3 — التصحيح
I. 1. \(g'(x)=1-\dfrac{2}{x}=\dfrac{x-2}{x}\) : \(g\) décroissante sur \(]0;2]\), croissante sur \([2;+\infty[\).
2. Le minimum de \(g\) est \(g(2)=2-2\ln2=2(1-\ln2)>0\) :
[] \((\forall x>0)\ g(x)>0\)
II. 1. \((\ln x)^2\to+\infty\) :
[] \(\lim\limits_{x\to0^+}f(x)=-\infty\) : la droite \(x=0\) est asymptote verticale
2. a) \(x=t^2\) : \(\dfrac{(\ln x)^2}{x}=\dfrac{\left(2\ln t\right)^2}{t^2}\)
\(=4\left(\dfrac{\ln t}{t}\right)^2\to0\)
b) \(f(x)=x\left(1-\dfrac{(\ln x)^2}{x}\right)\to+\infty\) ; \(\dfrac{f(x)}{x}\to1\) et \(f(x)-x=-(\ln x)^2\to-\infty\) :
[] \((C_f)\) admet une branche parabolique de direction la droite \(y=x\)
3. \(f'(x)=1-2\ln x\times\dfrac{1}{x}\)
\(=\dfrac{x-2\ln x}{x}=\dfrac{g(x)}{x}>0\)

4. \(f\) est continue et strictement croissante sur \(\left[\dfrac{1}{e};1\right]\) ; \(f\left(\dfrac{1}{e}\right)=\dfrac{1}{e}-1<0\) et \(f(1)=1>0\) :
[] d’après le TVI, l’équation \(f(x)=0\) admet une solution unique \(\alpha\in\left]\dfrac{1}{e};1\right[\)

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