Corrigé du baccalauréat STL septembre 2006 Chimie de

[Corrigé du baccalauréat STL septembre 2006 \
Chimie de laboratoire et de procédés industriels
Calculatrice autorisée 3 heures
EXERCICE 1 4 points
1. L’équation s’écrit y′′ +22y=0. Les solutions sont donc de la forme :
y=Acos2x+Bsin 2x,AR,BR.
2. Il faut trouver la solution f(x)=Acos2x+Bsin 2xde dérivée
f(x)=2Asin2x+2Bcos 2xvérifiant :
½f¡π
2¢= −p3
f¡π
2¢=2½Acosπ+Bsinπ= −p3
2Asinπ+2Bcosπ=2
½A= −p3
2B=2½A=p3
B= −1
Finalement : f(x)=p3cos2xsin 2x.
3. On peut écrire f(x)=2Ãp3
2cos2x1
2sin2x!=2¡cos π
6cos2xsin π
6sin2x¢=
2cos¡π
6+2x¢=2cos³2x+π
6´. (en utilisant la formule : cos acosbsin asinb=
cos(a+b))
4. La valeur moyenne de fsur h0 ; π
2iest égale à :
m=1
π
20Zπ
2
0
f(x) dx=2
πZπ
2
0
2cos³2x+π
6´dx=2
πhsin³2x+π
6´iπ
2
0=
2
π·2
π
sin³π+π
6´sin³π
6´¸=2
π·1
21
2¸=2
π
.
EXERCICE 2 5 points
1. a. On a =124×µ1
2×1=12=1=(i)2.
<0 : l’équation a donc deux solutions complexes conjuguées :
1+i
2×1
2=1+i et 1i.
b. On a z2= 1i et z4= 2z1= 2(1+i) =22i.
2. a. Voir à la fin.
b. On a zI=1
2(z3+z4)=1
2(2+22i)=i.
c. CD2=|zDzC|2=|22i (2)|2=|42i|2=42+(2)2=16 +4=20 ;
CA2=|zAzC|2=|1+i(2)|2=|1+i|2=12+12=2 ;
AD2=|zDzA|2=|22i (1+i)|2=|33i|2=32+(3)2=9+9=18 ;
Or 20 =2+18 CD2=CA2+AD2, donc d’a près la réciproque du
théorème de Pythagore, le triangle ACD est rectangle d’hypoténuse [CD],
donc rectangle en A.
d. Le triangle rectangle ACD est inscrit dans le (demi-)cercle centré au mi-
lieu de son hypoténuse [CD], donc en I. Le rayon est égal à la moitié du
diamètre CD. Or CD =p20 =4×5=2p5. On a donc R=p5.
Baccalauréat STL Chimie de laboratoire et de procédés industriels A. P. M. E. P.
1
1
2
3
1 2123O
u
v
A
B
C
D
I
PROBLÈME 11 points
Partie I : étude de la fonction f
1. a. On a lim
x→+∞¡3x2¢=−∞et lim
x→+∞ex, donc par produit de limites lim
x→+∞ f(x)=
−∞.
b. On a f(x)=3exx2ex.
Comme lim
x→−∞3ex=0 et que lim
x→−∞x2ex=0, on a par somme de limites :
lim
x→−∞ f(x)=0.
2. a. fest dérivable sur Ret :
f(x)=2xex+¡3x2¢ex=¡32xx2¢ex.
b. Comme ex>0, quel que soit le réel x, le signe de f(x) est celui du tri-
nôme 3 2xx2.
Cherchons les racines de ce trinôme : =4+12 =16 =42, donc il y a
deux racines réelles 2+4
2=3 et 24
2=1.
Ce trinôme est négatif sauf entre ses racines 3 et 1. La fonction est donc
décroissante sauf sur [3 ; 1] où elle est croissante.
c. D’où le tableau de variations :
x−∞ 3 1 +∞
f(x)
f(x)
−∞
0
6e3
2e
3. Il faut résoudre dans Rl’équation f(x)=0¡3x2¢ex3x2=0 car
quel que soit le réel x, ex6=0, soit finalement ¡p3+x¢¡p3x¢=0
x=p3 ou x=p3.
On a donc deux points de Csur l’axe des abscisses : A¡p3 ; 0¢et B¡p3 ; 0¢.
Partie II : Tracé d’une parabole
1. AP0=62¡p3¢20=62×3 qui est vrai ; même calcul pour B.
2. a. Développons ¡3x2¢(2ex)=63ex2x2+x2ex=62x23ex+x2ex=
¡62x2¢¡3x2¢ex=¡62x2¢f(x).
Métropole 2septembre 2006
Baccalauréat STL Chimie de laboratoire et de procédés industriels A. P. M. E. P.
b. Les racines du trinôme 3x2sont p3 et p3. Ce trinôme est négatif sauf
entre ses racines donc sur ] p3 ; p3[ où il est positif.
D’autre part 2 ex>02>exln2 >x(par croissance de la
fonction logarithme néprien.
De même 2 ex>0x>ln2.
Le signe de ¡3x2¢(2ex)s’obtient donc grâce au tableau suivant :
x−∞ p3ln2 p3+∞
3x20++0
2ex+ + 0− −
¡3x2¢(2ex)0+00+
On a bien pour tout nombre réel xappartenant à l’intervalle £p3 ; ln2¤,
¡3x2¢(2ex)>0.
c. On a ¡3x2¢(2ex)>0¡62x2¢f(x)>0 d’après la question
précédente. Ceci signifie graphiquement que sur l’intervalle £p3 ; ln 2¤,
la parabole Pest au-dessus de la courbe C.
3. Voir à la fin.
Partie III : Calcul d’aires
1. a. La fonction Gest dérivable sur Ret
G(x)=(2x2)ex+¡x22x+2¢ex=ex¡2x2+x22x+2¢=ex¡x2¢=
x2ex.
b. On a vu que f(x)=3exx2ex.
Une primitive de 3exest 3exet d’après la question précédente une pri-
mitive de x2exest G(x)=¡x22x+2¢ex.
Une primitive de la fonction fest la fonction définie par
x7→3ex¡x22x+2¢ex=¡x2+2x+1¢ex.
2. a. Voir à la fin.
b. On a vu que sur ¤p3 ; 0£, la parabole Pest au dessus de la courbe C;
donc l’aire du domaine Dest égale en unité d’aire à l’intégrale :
A=Z0
p3£¡62x2¢f(x)¤dx=·6x2x3
3+¡x22x1¢ex¸0
p3=6×0
2×03
3+¡022×01¢e0Ã6×(p3) 2(p3)3
3+³(p3)22×(p3) 1´e(p3)!=
1+6p32p3³2+2p3´e(p3) =4p31³2+2p3´e(p3) (u. a.)
On a A4,96 (u. a.) au centième près.
Métropole 3septembre 2006
Baccalauréat STL Chimie de laboratoire et de procédés industriels A. P. M. E. P.
Annexe (à rendre avec la copie)
O
ı
CP
Métropole 4septembre 2006
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