الفرض 3 — الدورة الأولى — الثانية باك علوم فيزيائية (Devoir Surveillé n°3 — النموذج 7)

فرض محروس رقم 3 للدورة الأولى فالرياضيات، الثانية باك علوم فيزيائية، النموذج 7، 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 \(u_0=0\) et \(u_{n+1}=\sqrt{4+\dfrac{u_n^2}{2}}\) pour tout \(n\in\mathbb{N}\).
1. a) Calculer \(u_1\), puis montrer que \((\forall n\in\mathbb{N})\ 0\leq u_n<2\sqrt{2}\).
b) Montrer que \((u_n)\) est croissante et en déduire qu’elle est convergente.
2. On pose \(v_n=8-u_n^2\) pour tout \(n\in\mathbb{N}\).
a) Montrer que \((v_n)\) est une suite géométrique de raison \(q=\dfrac{1}{2}\).
b) Exprimer \(v_n\) puis \(u_n\) en fonction de \(n\), et déterminer \(\lim\limits_{n\to+\infty}u_n\).
✅ Correction de l’exercice 1 — التصحيح
1. a) \(u_1=\sqrt{4}=2\). Récurrence : \(0\leq u_0=0<2\sqrt{2}\) ✔ ; si \(0\leq u_n<2\sqrt{2}\), alors \(u_n^2<8\) et :
\(0\leq u_{n+1}<\sqrt{4+\dfrac{8}{2}}=2\sqrt{2}\)
[] \((\forall n\in\mathbb{N})\ 0\leq u_n<2\sqrt{2}\)
b) \(u_{n+1}^2-u_n^2=4-\dfrac{u_n^2}{2}\)
\(=\dfrac{8-u_n^2}{2}>0\)
Les termes sont positifs, donc \(u_{n+1}>u_n\) : \((u_n)\) est croissante et majorée par \(2\sqrt{2}\) :
[] \((u_n)\) est convergente
2. a) \(v_{n+1}=8-u_{n+1}^2=8-4-\dfrac{u_n^2}{2}\)
\(=\dfrac{8-u_n^2}{2}=\dfrac{1}{2}v_n\)
[] \((v_n)\) est géométrique de raison \(\dfrac{1}{2}\), de premier terme \(v_0=8\)
b) \(v_n=8\left(\dfrac{1}{2}\right)^n\) et \(u_n=\sqrt{8-v_n}\) (\(u_n\geq0\)) :
[] \(u_n=\sqrt{8-8\left(\dfrac{1}{2}\right)^n}\) et \(\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=\sqrt{8}=2\sqrt{2}\)

Exercice 2 (6 pts)

1. Résoudre dans \(\mathbb{C}\) l’équation \(z^2-2z+5=0\).
2. Dans le plan complexe rapporté à un repère orthonormé direct \((O;\vec{u};\vec{v})\), on considère les points \(A\), \(B\) et \(C\) d’affixes respectives \(a=1+2i\), \(b=1-2i\) et \(c=5+2i\).
a) Montrer que \(\dfrac{c-a}{b-a}=i\) et en déduire la nature du triangle \(ABC\).
b) Écrire le nombre \(\dfrac{c-a}{b-a}\) sous forme trigonométrique.
3. a) Déterminer l’affixe \(d\) du point \(D\) tel que \(ABDC\) soit un parallélogramme.
b) En déduire que \(ABDC\) est un carré.
✅ Correction de l’exercice 2 — التصحيح
1. \(\Delta=4-20=-16=(4i)^2\) : \(z_1=\dfrac{2+4i}{2}=1+2i\) et \(z_2=\overline{z_1}=1-2i\) :
[] \(S=\{1+2i;1-2i\}\)
2. a) \(\dfrac{c-a}{b-a}=\dfrac{4}{-4i}\)
\(=\dfrac{-1}{i}=i\)
Donc \(\dfrac{AC}{AB}=|i|=1\) et \(\left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right)\equiv\arg(i)\equiv\dfrac{\pi}{2}\ [2\pi]\) :
[] \(ABC\) est rectangle isocèle en \(A\)
[] b) \(i=\left[1;\dfrac{\pi}{2}\right]=\cos\dfrac{\pi}{2}+i\sin\dfrac{\pi}{2}\)
3. a) \(ABDC\) parallélogramme \(\iff\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{CD}\iff d=b+c-a\) :
[] \(d=5-2i\)
b) \(ABDC\) est un parallélogramme ayant un angle droit en \(A\) et deux côtés consécutifs égaux (\(AB=AC\)) :
[] \(ABDC\) est un carré

Exercice 3 (9 pts)

Partie I. Soit \(f\) la fonction définie sur \(D=]-2;+\infty[\) par \(f(x)=4\ln(x+2)-x\).
1. Calculer \(\lim\limits_{x\to-2^+}f(x)\) et interpréter graphiquement le résultat.
2. Vérifier que \((\forall x>0)\ f(x)=x\left(4\dfrac{\ln x}{x}-1\right)+4\ln\left(1+\dfrac{2}{x}\right)\), puis calculer \(\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)\).
3. Calculer \(f'(x)\) et dresser le tableau de variations de \(f\).
4. Montrer que l’équation \(f(x)=0\) admet exactement deux solutions \(\beta\in]-2;2[\) et \(\alpha\in]9;10[\) (on donne \(\ln11\approx2{,}40\) et \(\ln12\approx2{,}48\)), puis en déduire le signe de \(f(x)\) sur \([2;\alpha]\).
Partie II. On pose \(g(x)=4\ln(x+2)\) et on considère la suite \((u_n)\) définie par \(u_0=2\) et \(u_{n+1}=g(u_n)\).
1. Vérifier que \(g(\alpha)=\alpha\) et montrer que \((\forall n\in\mathbb{N})\ 2\leq u_n\leq\alpha\).
2. Montrer que \((u_n)\) est croissante, puis qu’elle converge vers \(\alpha\).
✅ Correction de l’exercice 3 — التصحيح
I. 1. \(x+2\to0^+\), \(\ln(x+2)\to-\infty\) :
[] \(\lim\limits_{x\to-2^+}f(x)=-\infty\) : la droite \(x=-2\) est asymptote verticale
2. \(4\ln(x+2)=4\ln\left[x\left(1+\dfrac{2}{x}\right)\right]\)
\(=4\ln x+4\ln\left(1+\dfrac{2}{x}\right)\)
Donc l’égalité ; \(\dfrac{\ln x}{x}\to0\) et \(\ln\left(1+\dfrac{2}{x}\right)\to0\) :
[] \(\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=-\infty\)
3. \(f'(x)=\dfrac{4}{x+2}-1\)
\(=\dfrac{2-x}{x+2}\)
\(f'(x)>0\) sur \(]-2;2[\), \(f'(x)<0\) sur \(]2;+\infty[\) ; \(f(2)=4\ln4-2=8\ln2-2\).

4. \(f(2)=8\ln2-2>0\). Sur \(]-2;2]\) : \(f\) continue, strictement croissante, de \(-\infty\) à \(f(2)>0\) : une seule solution \(\beta\).
Sur \([2;+\infty[\) : strictement décroissante, de \(f(2)>0\) à \(-\infty\) : une seule solution \(\alpha\) ; \(f(9)=4\ln11-9\approx0{,}6>0\) et \(f(10)=4\ln12-10\approx-0{,}08<0\) :
[] \(\alpha\in]9;10[\)
[] \(f\) décroissante sur \([2;\alpha]\) et \(f(\alpha)=0\) : \((\forall x\in[2;\alpha])\ f(x)\geq0\)
II. 1. \(f(\alpha)=0\iff4\ln(\alpha+2)=\alpha\iff g(\alpha)=\alpha\). \(g\) est croissante ; \(g(2)=4\ln4\approx5{,}5\in[2;\alpha]\).
Récurrence : \(u_0=2\in[2;\alpha]\) ✔ ; si \(2\leq u_n\leq\alpha\), alors \(2\leq g(2)\leq g(u_n)\leq g(\alpha)=\alpha\) ✔ :
[] \((\forall n\in\mathbb{N})\ 2\leq u_n\leq\alpha\)
2. \(u_{n+1}-u_n=g(u_n)-u_n=f(u_n)\geq0\) car \(u_n\in[2;\alpha]\) : \((u_n)\) est croissante et majorée par \(\alpha\), donc convergente.
\(g\) est continue sur \([2;\alpha]\) et \(g([2;\alpha])\subset[2;\alpha]\) : sa limite \(\ell\in[2;\alpha]\) vérifie \(g(\ell)=\ell\), soit \(f(\ell)=0\) ; la seule solution dans \([2;\alpha]\) est \(\alpha\) :
[] \(\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=\alpha\)

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