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Bac de maths 2025 Centres étrangers J2 : corrigé

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Ce corrigé du sujet 2 de spécialité des Centres étrangers (13 juin 2025) détaille chaque question. Tu y vois comment comparer deux populations avec une suite géométrique et une suite définie par récurrence, comment trouver les constantes d'une fonction logistique à partir de sa tangente, comment dénombrer des séquences base64 et utiliser une loi binomiale, et comment prouver que trois plans partagent une même droite. Les résultats finaux sont en gras pour que tu puisses comparer avec les tiens. Lis aussi la rédaction : au bac, c'est elle qui rapporte les points, avec les théorèmes cités, les signes justifiés et une phrase de conclusion à chaque question.

Corrigé de l’exercice 1 : deux populations, suites et algorithme

Partie A

1. Une suite géométrique de raison \(0{,}93\) multiplie la population par \(0{,}93\) chaque année : \(u_1=6\times 0{,}93=5{,}58\). Au 1er janvier 2026, il y a donc 5 580 individus dans le milieu A.

2. Le terme général d'une suite géométrique est \(u_n=u_0\times q^n\). Ici : \(u_n=6\times 0{,}93^n\).

3. Comme \(0\lt 0{,}93\lt 1\), on a \(\displaystyle\lim_{n\to+\infty}0{,}93^n=0\), donc \(\displaystyle\lim_{n\to+\infty}u_n=0\). Dans le milieu A, la population diminue chaque année et finit par disparaître : à long terme, l'espèce s'éteint.

Partie B

1. \(v_1=-0{,}05\times 6^2+1{,}1\times 6=-1{,}8+6{,}6=4{,}8\). Au 1er janvier 2026, il y a 4 800 individus dans le milieu B.

2. La fonction \(f\) est un polynôme, donc dérivable, et \(f'(x)=-0{,}1x+1{,}1\). Or \(f'(x)\geqslant 0\iff x\leqslant 11\). La dérivée est donc positive sur \([0\,;11]\) : \(f\) est croissante sur \([0\,;11]\).

3. Démontrons par récurrence la propriété \(P(n)\) : « \(2\leqslant v_{n+1}\leqslant v_n\leqslant 6\) ».

Initialisation. Pour \(n=0\) : \(v_0=6\) et \(v_1=4{,}8\), et on a bien \(2\leqslant 4{,}8\leqslant 6\leqslant 6\). La propriété est vraie au rang 0.

Hérédité. Supposons \(P(n)\) vraie pour un entier \(n\) fixé, c'est-à-dire \(2\leqslant v_{n+1}\leqslant v_n\leqslant 6\). Ces trois nombres sont dans \([0\,;11]\), où \(f\) est croissante : elle conserve donc l'ordre, et \(f(2)\leqslant f(v_{n+1})\leqslant f(v_n)\leqslant f(6)\). Or \(f(2)=-0{,}2+2{,}2=2\), \(f(v_{n+1})=v_{n+2}\), \(f(v_n)=v_{n+1}\) et \(f(6)=4{,}8\leqslant 6\). On obtient \(2\leqslant v_{n+2}\leqslant v_{n+1}\leqslant 6\) : \(P(n+1)\) est vraie.

Conclusion. La propriété est vraie au rang 0 et héréditaire, donc pour tout entier naturel \(n\), \(2\leqslant v_{n+1}\leqslant v_n\leqslant 6\).

4. D'après la question précédente, \(v_{n+1}\leqslant v_n\) : la suite \((v_n)\) est décroissante. Elle est de plus minorée par 2. Une suite décroissante et minorée converge, donc \((v_n)\) converge vers une limite \(\ell\) (avec \(\ell\geqslant 2\)).

5. a. La fonction \(f\) est continue sur \([0\,;+\infty[\) et \(v_{n+1}=f(v_n)\). Quand \(n\) tend vers l'infini, \(v_n\) et \(v_{n+1}\) tendent tous deux vers \(\ell\), et par continuité \(f(v_n)\) tend vers \(f(\ell)\). Par unicité de la limite, \(f(\ell)=\ell\).

On résout : \(-0{,}05\ell^2+1{,}1\ell=\ell\iff -0{,}05\ell^2+0{,}1\ell=0\iff \ell(-0{,}05\ell+0{,}1)=0\). Donc \(\ell=0\) ou \(\ell=2\). Comme \(v_n\geqslant 2\) pour tout \(n\), on a \(\ell\geqslant 2\), ce qui exclut 0. Ainsi \(\ell=2\).

b. Dans le milieu B, la population diminue mais se stabilise : elle tend vers 2 000 individus et ne disparaît pas.

Partie C

1. On cherche \(n\) tel que \(u_n\lt 3\) : \(6\times 0{,}93^n\lt 3\iff 0{,}93^n\lt 0{,}5\iff n\ln(0{,}93)\lt\ln(0{,}5)\). Comme \(\ln(0{,}93)\lt 0\), l'inégalité change de sens : \(n\gt\dfrac{\ln(0{,}5)}{\ln(0{,}93)}\approx 9{,}55\). Le plus petit entier convenable est \(n=10\), soit l'année \(2025+10=\) 2035.

2. On calcule les termes à la calculatrice : \(v_5\approx 3{,}145\) (encore au-dessus de 3), puis \(v_6\approx 2{,}965\lt 3\). C'est donc pour \(n=6\), soit en 2031, que la population du milieu B passe sous 3 000 individus.

3. La suite \((u_n)\) tend vers 0 alors que \((v_n)\) tend vers 2. Dès que \(u_n\) devient inférieur à 2 et que \(v_n\) reste supérieur à 2, on a \(v_n\gt u_n\). La limite de \(v_n-u_n\) est \(2\gt 0\), donc à partir d'un certain rang, \(v_n\gt u_n\) : le milieu B dépasse le milieu A.

4. a. Il faut continuer tant que la population B n'est pas strictement supérieure à la population A, c'est-à-dire tant que \(v\leqslant u\). Dans la boucle, on met à jour les deux populations avec leur formule. Attention : \(u\) et \(v\) ne dépendent que de leur propre valeur précédente, on peut donc les mettre à jour l'une après l'autre.

n = 0
u = 6
v = 6
while v <= u:
    u = 0.93 * u
    v = -0.05 * v**2 + 1.1 * v
    n = n + 1
print(2025 + n)

b. Au départ \(u=v=6\), donc \(v\leqslant u\) et la boucle démarre. Les valeurs de la calculatrice donnent \(u_{12}\approx 2{,}512\) et \(v_{12}\approx 2{,}406\) (encore \(v\leqslant u\)), puis \(u_{13}\approx 2{,}336\) et \(v_{13}\approx 2{,}358\) (cette fois \(v\gt u\)). La boucle s'arrête avec \(n=13\) et le programme affiche 2038.

À retenir : pour une suite définie par \(v_{n+1}=f(v_n)\), une récurrence qui encadre la suite grâce à la croissance de \(f\) prouve la convergence, et la limite se trouve en résolvant \(f(\ell)=\ell\) en gardant la solution compatible avec l'encadrement.

Corrigé de l’exercice 2 : une fonction logistique et sa valeur moyenne

Partie A

1. Sur le graphique, la courbe passe en abscisse 10 un peu en dessous de la graduation 1 : \(f(10)\approx 0{,}9\) (plus précisément 0,88).

2. La limite 1 en \(+\infty\) signifie que la droite d'équation \(y=1\) est asymptote horizontale à \(\mathcal{C}_f\) en \(+\infty\) : la courbe se rapproche de cette droite sans la dépasser.

3. Le point A(0 ; 0,5) est sur la courbe, donc \(f(0)=0{,}5\). Or \(f(0)=\dfrac{1}{a+\text{e}^{0}}=\dfrac{1}{a+1}\). Ainsi \(\dfrac{1}{a+1}=0{,}5\iff a+1=2\iff\) \(a=1\).

4. Le coefficient directeur de (AB) est \(\dfrac{y_B-y_A}{x_B-x_A}=\dfrac{1-0{,}5}{10-0}=\) 0,05.

5. a. On écrit \(f(x)=\dfrac{1}{1+\text{e}^{-bx}}=\dfrac{1}{u(x)}\) avec \(u(x)=1+\text{e}^{-bx}\) et \(u'(x)=-b\,\text{e}^{-bx}\). Alors \(f'=-\dfrac{u'}{u^2}\), soit \(f'(x)=\dfrac{b\,\text{e}^{-bx}}{\left(1+\text{e}^{-bx}\right)^2}\).

b. La droite (AB) est tangente en A, donc son coefficient directeur est \(f'(0)\). Or \(f'(0)=\dfrac{b}{(1+1)^2}=\dfrac{b}{4}\). On a donc \(\dfrac{b}{4}=0{,}05\), d'où \(b=0{,}2\).

Partie B

1. Quand \(x\to+\infty\), \(-0{,}2x\to-\infty\) donc \(\text{e}^{-0{,}2x}\to 0\), et \(f(x)\to\dfrac{1}{1+0}\). Ainsi \(\displaystyle\lim_{x\to+\infty}f(x)=1\).

2. D'après la partie A avec \(b=0{,}2\) : \(f'(x)=\dfrac{0{,}2\,\text{e}^{-0{,}2x}}{\left(1+\text{e}^{-0{,}2x}\right)^2}\). Une exponentielle est strictement positive et un carré aussi, donc \(f'(x)\gt 0\) pour tout \(x\geqslant 0\). La fonction \(f\) est strictement croissante sur \([0\,;+\infty[\).

3. La fonction \(f\) est continue et strictement croissante sur \([0\,;+\infty[\), avec \(f(0)=0{,}5\) et une limite de 1 en \(+\infty\). Le réel \(0{,}97\) appartient à l'intervalle \([0{,}5\,;1[\). Par le théorème de la bijection (corollaire du théorème des valeurs intermédiaires), l'équation \(f(x)=0{,}97\) admet une unique solution \(\alpha\) dans \([0\,;+\infty[\).

4. À la calculatrice (tableau de valeurs) : \(f(17)\approx 0{,}968\lt 0{,}97\) et \(f(18)\approx 0{,}973\gt 0{,}97\). Donc \(17\lt\alpha\lt 18\). Précisément, \(\alpha=5\ln\dfrac{97}{3}\approx 17{,}4\). Interprétation : la valeur \(f(x)\) dépasse 0,97 à partir d'une valeur de \(x\) comprise entre 17 et 18 : c'est à partir de cette échéance que le phénomène modélisé est à plus de 97 % de sa valeur maximale 1.

Partie C

1. On multiplie le numérateur et le dénominateur par \(\text{e}^{0{,}2x}\) (non nul) : \(f(x)=\dfrac{1\times\text{e}^{0{,}2x}}{\left(1+\text{e}^{-0{,}2x}\right)\text{e}^{0{,}2x}}=\dfrac{\text{e}^{0{,}2x}}{\text{e}^{0{,}2x}+1}\). On retrouve bien \(f(x)=\dfrac{\text{e}^{0{,}2x}}{1+\text{e}^{0{,}2x}}\).

2. Posons \(w(x)=1+\text{e}^{0{,}2x}\), strictement positive, avec \(w'(x)=0{,}2\,\text{e}^{0{,}2x}\). Alors \(f(x)=\dfrac{1}{0{,}2}\times\dfrac{w'(x)}{w(x)}=5\dfrac{w'(x)}{w(x)}\), dont une primitive est \(5\ln(w(x))\). Une primitive de \(f\) est donc \(F(x)=5\ln\left(1+\text{e}^{0{,}2x}\right)\).

3. \(I=\dfrac{1}{40}\left[F(x)\right]_0^{40}=\dfrac{1}{40}\left(5\ln\left(1+\text{e}^{8}\right)-5\ln 2\right)=\dfrac{1}{8}\ln\left(\dfrac{1+\text{e}^{8}}{2}\right)\). La valeur exacte est \(I=\dfrac{1}{8}\ln\left(\dfrac{1+\text{e}^{8}}{2}\right)\) et la valeur approchée au millième est \(I\approx 0{,}913\).

À retenir : pour une fonction de la forme \(\dfrac{1}{a+\text{e}^{-bx}}\), la tangente en un point fournit \(f'\) et permet de trouver \(a\) et \(b\) ; une primitive de \(\dfrac{u'}{u}\) est \(\ln u\) quand \(u\gt 0\).

Corrigé de l’exercice 3 : codage base64 et loi binomiale

Partie A

1. Pour chacune des 4 positions, on a 64 choix indépendants : \(64^4=\) 16 777 216 séquences.

2. Les caractères sont tous différents : 64 choix pour le premier, 63 pour le deuxième, 62 pour le troisième, 61 pour le dernier. Soit \(64\times 63\times 62\times 61=\) 15 249 024 séquences.

3. a. Sans la lettre A majuscule, il reste 63 caractères possibles par position : \(63^4=\) 15 752 961 séquences.

b. Les séquences avec au moins un A sont toutes les autres : \(64^4-63^4=16\,777\,216-15\,752\,961=\) 1 024 255.

c. On choisit la position du A (4 possibilités), puis les 3 autres positions reçoivent chacune un des 63 caractères différents de A : \(4\times 63^3=\) 1 000 188.

d. On choisit les deux positions des A parmi 4 : \(\dbinom{4}{2}=6\) possibilités, puis les deux autres positions reçoivent un caractère différent de A : \(63^2\) possibilités. Soit \(6\times 63^2=\) 23 814.

Partie B

1. On répète 250 fois, de façon indépendante, une même épreuve de succès « le caractère est mal transmis » de probabilité 0,01. Donc \(X\) suit la loi binomiale \(\mathcal{B}(250\,;0{,}01)\).

2. \(P(X=0)=\dbinom{250}{0}\times 0{,}01^0\times 0{,}99^{250}=\) \(0{,}99^{250}\approx 0{,}081\).

3. On cherche \(P(X\gt 16)=P(X\geqslant 17)=1-P(X\leqslant 16)\). La calculatrice donne \(P(X\leqslant 16)\approx 0{,}999\,999\,999\), donc \(P(X\geqslant 17)\approx 1{,}0\times 10^{-9}\). Cette probabilité est de l'ordre d'un milliardième : l'affirmation est vraie, la probabilité est bien négligeable.

Partie C

Par linéarité de l'espérance : \(E(S)=E(X_1)+E(X_2)+E(X_3)+E(X_4)=4\times 250\times 0{,}01=\) 10.

Les variables étant indépendantes, les variances s'ajoutent : \(V(S)=4\times V(X)=4\times 250\times 0{,}01\times 0{,}99=\) 9,9.

À retenir : en dénombrement, on compte position par position et on utilise le passage au complémentaire pour « au moins un » ; pour une somme de variables indépendantes de même loi, l'espérance et la variance se multiplient par le nombre de variables.

Corrigé de l’exercice 4 : plans et droite dans l’espace

1. a. On calcule \(\overrightarrow{AB}\begin{pmatrix}-3\\1\\-1\end{pmatrix}\) et \(\overrightarrow{AC}\begin{pmatrix}-1\\3\\-1\end{pmatrix}\). Ces vecteurs ne sont pas colinéaires : en effet, \(-3=3\times(-1)\) mais \(1\neq 3\times 3\). Donc A, B et C ne sont pas alignés.

b. Le vecteur \(\overrightarrow{n}\begin{pmatrix}-1\\1\\4\end{pmatrix}\) vérifie \(\overrightarrow{n}\cdot\overrightarrow{AB}=3+1-4=0\) et \(\overrightarrow{n}\cdot\overrightarrow{AC}=1+3-4=0\). Il est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan (ABC), donc \(\overrightarrow{n}\) est orthogonal au plan (ABC).

c. Le vecteur \(\overrightarrow{n}\) est normal au plan (ABC), qui a donc une équation de la forme \(-x+y+4z+d=0\). Le point A(1 ; 0 ; 3) y appartient : \(-1+0+12+d=0\), donc \(d=-11\). Une équation de (ABC) est \(-x+y+4z-11=0\).

2. a. Les vecteurs normaux sont \(\overrightarrow{n_1}\begin{pmatrix}3\\-3\\2\end{pmatrix}\) pour \(\mathcal{P}\) et \(\overrightarrow{n_2}\begin{pmatrix}1\\-1\\-1\end{pmatrix}\) pour \(\mathcal{P}'\). Ils ne sont pas colinéaires (\(3=3\times 1\) et \(-3=3\times(-1)\) mais \(2\neq 3\times(-1)\)), donc les plans \(\mathcal{P}\) et \(\mathcal{P}'\) sont sécants selon une droite \((d)\).

b. \(\overrightarrow{n_1}\cdot\overrightarrow{n_2}=3+3-2=4\neq 0\). Les vecteurs normaux ne sont pas orthogonaux : les plans ne sont pas perpendiculaires.

3. Le vecteur \(\overrightarrow{u}\begin{pmatrix}1\\1\\0\end{pmatrix}\) vérifie \(\overrightarrow{u}\cdot\overrightarrow{n_1}=3-3+0=0\) et \(\overrightarrow{u}\cdot\overrightarrow{n_2}=1-1+0=0\). Il est donc orthogonal aux deux vecteurs normaux : il est parallèle aux deux plans, donc à leur droite d'intersection. Comme il est non nul, \((d)\) est dirigée par \(\overrightarrow{u}\).

4. Pour M(2 ; 1 ; 3) : dans \(\mathcal{P}\), \(3\times 2-3\times 1+2\times 3-9=6-3+6-9=0\) ; dans \(\mathcal{P}'\), \(2-1-3+2=0\). Donc M appartient aux deux plans, donc à \((d)\). La droite \((d)\) passe par M et est dirigée par \(\overrightarrow{u}\) : \(\begin{cases}x=2+t\\y=1+t\\z=3\end{cases}\), \(t\in\mathbb{R}\).

5. Le point M vérifie l'équation de (ABC) : \(-2+1+12-11=0\). De plus \(\overrightarrow{u}\cdot\overrightarrow{n}=-1+1+0=0\) : \(\overrightarrow{u}\) est orthogonal à la normale de (ABC), donc parallèle à ce plan. Une droite qui passe par un point d'un plan et dont un vecteur directeur est parallèle à ce plan y est incluse : \((d)\) est incluse dans (ABC).

Conclusion : la droite \((d)\) est contenue dans les trois plans. Les plans (ABC), \(\mathcal{P}\) et \(\mathcal{P}'\) sont donc sécants selon la droite \((d)\) (ils forment un faisceau de plans d'axe \((d)\)).

À retenir : un vecteur normal donne l'équation cartésienne d'un plan ; pour une droite d'intersection de deux plans, un vecteur directeur est orthogonal aux deux vecteurs normaux, et un point commun donne la représentation paramétrique.