الفرض 2 — الدورة الثانية — الثانية باك علوم فيزيائية (Devoir Surveillé n°2 — النموذج 4)

فرض محروس رقم 2 للدورة الثانية فالرياضيات، الثانية باك علوم فيزيائية، النموذج 4، مع التصحيح المفصل خطوة بخطوة. المحاور: exercices inspirés de devoirs réels (types mélangés, nombres et fonctions modifiés) — Calcul intégral, géométrie dans l’espace, nombres complexes. Devoir surveillé corrigé — 2ème…

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⏱️ 2h · exercices inspirés de devoirs réels (types mélangés, nombres et fonctions modifiés) — Calcul intégral, géométrie dans l’espace, nombres complexes

Exercice 1 (6 pts)

1. a) Montrer que \(F(x)=x\ln x-x\) est une primitive de \(x\mapsto\ln x\) sur \(]0;+\infty[\).
b) En déduire \(I=\int_1^e\ln x\,dx\).
2. Calculer : \(J=\int_0^1x^2e^{x^3}dx\) ; \(K=\int_0^1\dfrac{1}{2x+1}dx\) ; \(M=\int_0^{\pi}\cos^2x\,dx\).
3. Par intégration par parties, calculer \(N=\int_0^1xe^{-2x}dx\).
✅ Correction de l’exercice 1 — التصحيح
1. a) \(F'(x)=\ln x+x\times\dfrac{1}{x}-1=\ln x\) ✔. b) \(I=F(e)-F(1)=(e-e)-(0-1)\) :
[] \(I=1\)
2. \(J=\left[\dfrac{1}{3}e^{x^3}\right]_0^1=\dfrac{e-1}{3}\) (forme \(\dfrac{1}{3}u'e^u\)) ; \(K=\left[\dfrac{1}{2}\ln(2x+1)\right]_0^1=\dfrac{\ln3}{2}\).
\(\cos^2x=\dfrac{1+\cos(2x)}{2}\)
\(M=\left[\dfrac{x}{2}+\dfrac{\sin(2x)}{4}\right]_0^{\pi}=\dfrac{\pi}{2}\)
💡 Intégration par parties : \(\int_a^bu'v=\left[uv\right]_a^b-\int_a^buv'\).
3. \(u'(x)=e^{-2x}\), \(v(x)=x\) : \(N=\left[-\dfrac{x}{2}e^{-2x}\right]_0^1+\dfrac{1}{2}\int_0^1e^{-2x}dx=-\dfrac{1}{2e^2}+\dfrac{1}{4}\left(1-\dfrac{1}{e^2}\right)\) :
[] \(N=\dfrac{1}{4}-\dfrac{3}{4e^2}\)

Exercice 2 (7 pts)

Dans l’espace rapporté à un repère orthonormé direct \((O;\vec{i};\vec{j};\vec{k})\), on considère la sphère \((S):x^2+y^2+z^2-2x-4y+2z-3=0\) et le point \(A(3;4;0)\).
1. Déterminer le centre \(\Omega\) et le rayon \(R\) de \((S)\), puis vérifier que \(A\in(S)\).
2. Déterminer une équation du plan \((T)\) tangent à \((S)\) au point \(A\).
3. Soit \((Q)\) le plan d’équation \(2x-y+2z+11=0\).
a) Montrer que \((Q)\) est tangent à \((S)\).
b) Déterminer les coordonnées du point de contact \(E\) de \((Q)\) et \((S)\).
4. Calculer \(\overrightarrow{\Omega A}\wedge\overrightarrow{\Omega E}\) et en déduire que les points \(\Omega\), \(A\) et \(E\) ne sont pas alignés.
✅ Correction de l’exercice 2 — التصحيح
1. \((x-1)^2+(y-2)^2+(z+1)^2=3+1+4+1\)
\(=9\)
\(\Omega(1;2;-1)\), \(R=3\) ; \(\Omega A=\sqrt{4+4+1}=3=R\) :
[] \(A\in(S)\)
2. \((T)\) passe par \(A\) et a pour vecteur normal \(\overrightarrow{\Omega A}(2;2;1)\) : \(2x+2y+z+d=0\) avec \(6+8+d=0\) :
[] \((T):2x+2y+z-14=0\)
3. a) \(d\left(\Omega;(Q)\right)=\dfrac{|2-2-2+11|}{3}=\dfrac{9}{3}=3=R\) :
[] \((Q)\) est tangent à \((S)\)
b) \(E\) est le projeté de \(\Omega\) sur \((Q)\) : \(\begin{cases}x=1+2t\\y=2-t\\z=-1+2t\end{cases}\) dans \((Q)\) : \(9t+9=0\), \(t=-1\) :
[] \(E(-1;3;-3)\)
4. \(\overrightarrow{\Omega A}(2;2;1)\), \(\overrightarrow{\Omega E}(-2;1;-2)\) :
\(\overrightarrow{\Omega A}\wedge\overrightarrow{\Omega E}=(-4-1)\vec{i}-(-4+2)\vec{j}+(2+4)\vec{k}\)
\(\overrightarrow{\Omega A}\wedge\overrightarrow{\Omega E}=-5\vec{i}+2\vec{j}+6\vec{k}\) :
[] le produit vectoriel n’est pas nul : \(\Omega\), \(A\) et \(E\) ne sont pas alignés

Exercice 3 (7 pts)

Pour tout \(z\in\mathbb{C}\setminus\{i\}\), on pose \(f(z)=\dfrac{z}{z-i}\).
1. Écrire sous forme algébrique \(f(1+i)\) et \(f(3+2i)\).
2. Résoudre dans \(\mathbb{C}\setminus\{i\}\) l’équation \(f(z)=2\).
3. On pose \(z=x+iy\) (\((x;y)\in\mathbb{R}^2\), \(z\neq i\)).
a) Montrer que \(f(z)=\dfrac{x^2+y^2-y+ix}{x^2+(y-1)^2}\).
b) En déduire l’ensemble \((E)\) des points \(M(z)\) tels que \(f(z)\) soit imaginaire pur.
4. Déterminer l’ensemble \((F)\) des points \(M(z)\) tels que \(|f(z)|=1\).
✅ Correction de l’exercice 3 — التصحيح
1. \(f(1+i)=\dfrac{1+i}{1}=1+i\) ; \(f(3+2i)=\dfrac{(3+2i)(3-i)}{(3+i)(3-i)}=\dfrac{11+3i}{10}\) :
[] \(f(1+i)=1+i\) ; \(f(3+2i)=\dfrac{11}{10}+\dfrac{3}{10}i\)
2. \(\dfrac{z}{z-i}=2\iff z=2z-2i\iff z=2i\) (\(2i\neq i\)) :
[] \(S=\{2i\}\)
3. a) \(f(z)=\dfrac{(x+iy)\left(x-i(y-1)\right)}{x^2+(y-1)^2}\)
\(=\dfrac{x^2+y(y-1)+i\left(xy-x(y-1)\right)}{x^2+(y-1)^2}\)
\(=\dfrac{x^2+y^2-y+ix}{x^2+(y-1)^2}\)
b) \(f(z)\in i\mathbb{R}\iff x^2+y^2-y=0\)
\(\iff x^2+\left(y-\dfrac{1}{2}\right)^2=\dfrac{1}{4}\)
[] \((E)\) est le cercle de centre \(\Omega\left(0;\dfrac{1}{2}\right)\) et de rayon \(\dfrac{1}{2}\), privé du point d’affixe \(i\)
4. \(|f(z)|=1\iff|z|=|z-i|\iff OM=BM\) avec \(B(i)\) :
[] \((F)\) est la médiatrice de \([OB]\), la droite \(y=\dfrac{1}{2}\)

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