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Section outline

    • Questions : 


      1. Résoudre, dans l'ensemble des nombres complexes, l'équation :
      \[ z^2 - 2(1 + 2i)z + 1 + 4i = 0. \]  

      2. Montrer que :
      \[ \left( \frac{\sqrt{3} + i}{2} \right)^2 = 1. \]

      3. En utilisant une intégration par parties, montrer que :
      \[ \int_1^e x^2 \ln x \, dx = \frac{2e^3 + 1}{9}. \]

       4. Montrer que :
      \[ \int_2^4 \frac{dx}{x\sqrt{x-1}} = \frac{\pi}{6} \]
      (on pourra poser : t = \sqrt{x-1} ). 

       Exercice 1 : 

      On considère, dans l'espace rapporté à un repère orthonormé, la sphère S d'équation :
      \[ (x-1)^2 + y^2 + (z-1)^2 = 2 \]
      et le plan P d'équation :
      \[ x + y - 3 = 0. \]


      1. Montrer que le plan P est tangent à la sphère S .  

      2. Déterminer les coordonnées du point de contact de P et S .  
      Exercice 2 :

      Une urne contient trois boules blanches et sept boules noires (les boules sont indiscernables au toucher).


      -On tire au hasard, simultanément, deux boules de l'urne. Soit A et B les deux événements suivants :

      - A : "Les deux boules tirées sont noires"
      - B : "Parmi les deux boules tirées, une boule au moins est blanche"
       
      Montrer que :
      \[ P(A) = \frac{7}{15} \quad \text{et} \quad P(B) = \frac{8}{15}. \]

      -On considère l'expérience aléatoire suivante :

      -On tire une boule de l'urne
      -Si la boule est blanche, on arrête le tirage
      -Si elle est noire, on la met de côté puis on tire une deuxième et dernière boule de l'urne

      Soit C et D les deux événements suivants :

      - C : "Avoir une boule blanche au premier tirage"
      - D : "Avoir une boule blanche"

       a) Calculer la probabilité de l'événement C . 

      Problème :

      Première partie : 
      On considère les deux fonctions g et h définies sur ]0;+\infty[ par :
      \[ g(x) = x - 1 - \ln x \quad \text{et} \quad h(x) = x + (x-2)\ln x. \]


       1.a) Calculer\[ g'(x) \] pour tout\[ x \in ]0;+\infty[  \] puis étudier le sens de variations de g .

       b) En déduire que : \[g(x) \geq 0\]  pour tout \[ x \in ]0;+\infty[  \] .

       2.a) Montrer que : \[ h(x) = 1 + g(x) + (x-1)\ln x \] pour tout x \in ]0;+\infty[ \] .

      b) Montrer que : \[ (x-1)\ln x \geq 0 \] pour tout x \in ]0;+\infty[ \] . 

      3. En déduire que :  h(x) > 0 pour tout\[  x \in ]0;+\infty[ \] .

      Deuxième partie :
      On considère la fonction f définie sur  \[ ]0;+\infty[\]  par :
      \[ f(x) = 1 + x\ln x - (\ln x)^2. \]
      Soit (C) la courbe représentative de f dans un repère orthonormé.


      1.a) Calculer  \[ \lim\limits_{x\to 0} f(x)\]   puis interpréter géométriquement le résultat.

        b) Calculer \[ \lim\limits_{x\to +\infty} f(x)\]  puis déterminer la branche infinie de (C) au voisinage de +\infty
      (remarquer que : \[  f(x) = 1 + x\ln x\left(1 - \frac{\ln x}{x}\right) )\] 

       2.a) Montrer que :\[  f'(x) = \frac{h(x)}{x} \] pour tout \[ x \in ]0;+\infty[ \].

       b) En déduire que f est strictement croissante sur \[ ]0;+\infty[ \].


       3. Soit (\Delta) la droite tangente à (C) au point A(1,1) .

      a) Montrer que  y = x est une équation cartésienne de (\Delta) .

      b) Vérifier que :  \[f(x) - x = (\ln x - 1)g(x)\]  pour tout \[ x \in ]0;+\infty[ \] .

       c) Étudier le signe de \[ f(x) - x \] puis en déduire la position relative de (C) et (\Delta) .


      -4. Construire la courbe (C) et la droite (\Delta) dans le même repère.

       & (on admettra que la courbe (C) possède un point d'inflexion d'abscisse comprise entre 1 et 1,5).

      Troisième partie :}

      On considère la suite numérique (u_n) définie par :
      \[ u_0 = \sqrt{e} \quad \text{et} \quad u_{n+1} = f(u_n) \quad \text{pour tout } n \in \mathbb{N}. \]


      -Montrer par récurrence que :\[ 1 < u_n < e\]  pour tout \[ n \in \mathbb{N} \] .

      -Montrer que la suite (u_n) est décroissante. (on pourra utiliser le résultat de la question 3.c) de la deuxième partie).

      -En déduire que la suite (u_n) est convergente et calculer sa limite.


    • Résoudre l'équation différentielle : \( y'' + y' - 6y = 0 \).

      Écrire sous forme trigonométrique le nombre complexe :
      \[
      Z = \frac{1 + i\sqrt{3}}{1 - i}.
      \]


      En utilisant une intégration par parties, montrer que :
      \[
      \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \ln(1 + \cos(x)) \, dx = \frac{\pi}{2} - 1.
      \]

      (on rappelle que : \( \sin^2(x) = 1 - \cos^2(x) \))

      On pose : \( u_n = n + \left( \frac{1}{3} \right)^n \) pour tout \( n \in \mathbb{N}^* \). Calculer, en fonction de \( n \), la somme :
      \[
      S_n = u_1 + u_2 + \cdots + u_n.
      \]


      Exercice 1 :

      Dans l'espace rapporté à un repère orthonormé, on considère :

      - Le plan \( P \) d'équation : \( x - z + 1 = 0 \)
      - La sphère \( S \) de centre \( \Omega(1,0,0) \) et de rayon \( r = 2 \)



      Montrer que \( P \) et \( S \) se coupent suivant un cercle \( \Gamma \).

      Déterminer le centre et le rayon du cercle \( \Gamma \).

      Exercice 2: 

      Écrire sous forme algébrique le nombre complexe : \( (1 - i)^2 \).

      Résoudre dans \( \mathbb{C} \) l'équation :
      \[
      z^2 - 2(1 + 2i)z - (3 - 6i) = 0.
      \]


      On considère dans le plan complexe les points \( A \) et \( B \) d'affixes :
      \[
      a = 3i \quad \text{et} \quad b = 2 + i.
      \]

      Déterminer puis construire \( (D) \), ensemble des points \( M \) d'affixe \( z \) tel que :
      \[
      |z - 3i| = |z - 2 - i|.
      \]


      Exercice 3 :

      Un sac contient quatre boules blanches et deux boules noires (les boules sont indiscernables au toucher).
      On tire au hasard une boule du sac. Quelle est la probabilité de tirer une boule blanche ?

      On tire au hasard, successivement et avec remise, cinq boules du sac. Quelle est la probabilité de tirer exactement deux boules blanches ?


      a) Montrer que la probabilité de tirer une boule blanche au moins est :
      \[
      p = 1 - \left( \frac{1}{3} \right)^n.
      \]


      b) Quel est le nombre minimum de tirages pour lequel \( p \geq 0{,}999 \) ?
      (on prendra : \( \log 3 \approx 0{,}48 \), où \( \log \) désigne le logarithme décimal).

      Problème :

      On considère la fonction numérique \( f \) définie sur \( [0;2[ \) par :
      \[
      f(x) = \ln \left( \frac{x}{2-x} \right).
      \]

      Soit \( (C) \) la courbe représentative de \( f \) dans un repère orthonormé.


      1. a) Calculer \( \lim\limits_{x \to 0^+} f(x) \) et \( \lim\limits_{x \to 2^-} f(x) \).

      b) Montrer que : \( f'(x) = \frac{2}{x(2-x)} \) pour tout \( x \in ]0;2[ \).

      c) Dresser le tableau de variations de \( f \).

      2. a) Montrer que le point \( A(1,0) \) est un centre de symétrie de \( (C) \).

      b) Écrire une équation cartésienne de la tangente \( (T) \) à \( (C) \) en \( A(1,0) \).

      3. On pose : \( \varphi(x) = f(x) - x \) pour tout \( x \in [0;2[ \).

      a) Montrer que : \( \varphi\left(\frac{3}{2}\right) < 0 \) et \( \varphi\left(\frac{7}{4}\right) > 0 \).
      (on prendra : \( \ln 3 \approx 1{,}1 \) et \( \ln 7 \approx 1{,}94 \)).

      b) En déduire que \( f(x) = x \) admet une solution \( \alpha \in \left]\frac{3}{2};\frac{7}{4}\right[ \), et interpréter graphiquement.

      4. a) Montrer que \( f \) admet une fonction réciproque \( f^{-1} \).

      b) Montrer que : \( f^{-1}(x) = \frac{2e^x}{1+e^x} \) pour tout \( x \in \mathbb{R} \).

      5. Construire dans le même repère \( (C) \) et \( (\Gamma) \), représentative de \( f^{-1} \).

      6. a) Calculer :
      \[
      \int_{0}^{\alpha} \frac{e^x}{1+e^x} \, dx \quad \text{où } \alpha \text{ est la solution trouvée en 3.b)}.
      \]


      b) Calculer l'aire du domaine plan délimité par :

      - Les deux courbes \( (C) \) et \( (\Gamma) \)
      - Les deux axes du repère


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