CORRECTION SUJET NATIONAL – BAC S
Transcription
CORRECTION SUJET NATIONAL – BAC S
CORRECTION SUJET NATIONAL – BAC S - 2003 Enseignement obligatoire et de spécialité, juin 2003 C) CORRECTION du PROBLEME : (tous les candidats) Partie A 1. Solution générale de l'équation différentielle La solution générale de l'équation différentielle y' = ay est y = Ceat On a donc f(t) = Ceat . On sait que f(0) = N0 onc C = N0 d'où la solution de l'équation différentielle y' = ay qui vérifie la condition initiale f(0) = No est : f(t) = N0.eat 2. On sait que : f(t) = N0.2t/T T vérifie f(T) = 2 f(0) d'où No.eaT = 2No d'où aT = ln(2) d'où a = Donc, pour t réel, f(t) = No.et ln(2) . T ln(2) = No 2 t/T T Partie B : 1.Fonction g 1 est la solution de l'équation différentielle (E'), il suffit de g 1 1 -g’(t) 1 α α α montrer que : ( )’ + α = soit g’(t) = α.g(t) g²(t) d’où : +α = g(t) g(t) M M g²(t) g(t) M g(t) ) Or , l'équation (E') s'écrit : g’(t) = a.g(t)(1 M 1 1 α )’ + α = ce qui est bien l'équation (E ') D'où ( g(t) M g(t) a. Pour montrer que la fonction b. Résolution de l'équation différentielle a . Puisque : (E ') : y' + ay = M La solution générale de (E') est la somme de la solution de l'équation homogène associée y' + ay = 0 et d'une solution particulière de (E') 1 est une solution particulière de (E'). On remarque que la fonction constante t 6 M 1 D'où la solution générale de (E ') : y(t) = K.e-at + avec K = constante réelle M 1 1 = K.e-at + On en déduit que la fonction g vérifie: M g(t) c. Fonction h h est une solution strictement positive de (E'), on a donc a h’ a a h’ 1 1 d’où + = d’où : = a (1 – ) M h² h hM h² h Mh 1 1 1 1 On reconnait alors que ceci s'écrit ( )’ = a( )(1 ) donc que est bien solution de (E). h h Mh h h’ + ah = 2. Etude de la fonction h a: On sait que e-at = 0 car a > 0. Donc g(t) = M De plus , pour t réel , e-at > 0 ; C > 0 et M > 0 donc g(t) > 0. Comme 1+Ce-at > 1 , on a g(t) < M b. On sait que pour a > 0 , la fonction t 6 1+Ce-at est strictement décroissante et positive stricte. M De plus, la fonction t 6 est strictement décroissante sur ]0;+∞[. t g est donc strictement croissante sur [0;+∞[ comme composée de deux fonctions strictement décroissantes. De plus, g est définie sur [0;+∞[ , g est strictement croissante sur [0;+∞[ et continue car dérivable sur [0;+∞[. Enfin, la limite de g en +∞ est M. On en déduit, que l'image de [0; ∞[ est [g(0) ; M[ et g est une bijection de [0;+∞[ sur [g(0) ; M[. Or, g(0) = Donc M M . Comme C > 1 , on a donc g(0) < . 2 1+C M M appartient à [g(0); M[ , donc il existe bien un réel unique t0 > 0 tel que g(t0) = 2 2 c. Etude de g’’ g g² gg’ 2g ) = ag – a d'où, en dérivant, on a : g″ = ag’ – 2a = ag’(1 – ) M M M M 2g . On sait que a > 0 et g ' > 0 sur [0;+∞[ donc g" est du signe de 1 M Or, d'après la question précédente, comme g est strictement croissante sur [0;+∞[, on peut dire que: 2g(t) M 1> 0 <=> g(t) < <=> t < to. M 2 D'où g" > 0 sur [0 ; t0] et g" < 0 sur [t0 ; +∞[ d'où les variations de g' . On en déduit que la vitesse d'accroissement du nombre de bactéries est décroissant à partir t0. On sait que g’= ag(1- lnC a d. On rappelle que la valeur moyenne d'une fonction f sur l'intervalle [a,b] est Expression de t0 en fonction de a et C : to = La question revient donc à calculer : .Or, g(t) = Meat M -at = at 1+Ce e +C 1 t0 . Une primitive de g est donc : G(t) = D'où la valeur moyenne de g sur [0 ; to] est : 1 t0 = [G(t)] = M ln(eat + C) a M eat0+C ) ln( 1+C at0 Partie C 1. Valeurs de : N0, T et a On a f(0) = 1 et f(0,5) = 2. On utilise alors l'expression de f vue dans la partie A pour obtenir le système suivant {No = 1 ; No2 0,5/T = 2 } d'où No = 1 et T = 0,5. Comme f(t) = No.e at , on a alors l'égalité eat = 2 0,5/T ; pour tout t réel on a : a = 2ln(2) = ln(4) 2. Détermination de g(t) On sait que . g(t) = M M Comme a = ln(4) et e-ln(4) t = 4-t , on a donc : g(t) = 1+C4-t 1+Ce-at De plus , g(0) = No = 1 , et g(0) = M 100No 100 = = on a donc C = 99. 1+C 1+C 1+C D'où l'égalité 3. tracé de la courbe laissé au bon soin du lecteur faites une belle conclusion en français …. Pas come celles que l’on a corrigées le jour de l’examen …..