Bac Maths 2024 — Centres étrangers — Sujet 1

Sujet officiel du baccalauréat général, épreuve d'enseignement de spécialité mathématiques, session des centres étrangers — Europe, groupe 1 (sujet 1, jour 1), 5 juin 2024. Durée 4 heures, calculatrice autorisée. 4 exercices indépendants de 5 points chacun, 20 points au total.

Exercice 1 — La fiabilité d'un contrôle antidopage (5 points)

Partie A

On définit la fonction $f$ sur l'intervalle $[0\,;1]$ par

1. Démontrer que, pour tout $x$ appartenant à l'intervalle $[0\,;1]$,

2. Déterminer le sens de variation de la fonction $f$ sur l'intervalle $[0\,;1]$.

Partie B

La lutte contre le dopage passe notamment par des contrôles antidopage, qui visent à déterminer si un sportif a fait usage de substances interdites. Lors d'une compétition rassemblant $1\,000$ sportifs, une équipe médicale teste tous les concurrents ; on se propose d'étudier la fiabilité de ce test.

On appelle $x$ le réel compris entre $0$ et $1$ qui désigne la proportion de sportifs dopés. Lors de l'élaboration du test, on a pu déterminer que :

• la probabilité qu'un sportif soit déclaré positif, sachant qu'il est dopé, est égale à $0{,}96$ ;
• la probabilité qu'un sportif soit déclaré positif, sachant qu'il n'est pas dopé, est égale à $0{,}03$.

On note $D$ l'évènement « le sportif est dopé » et $T$ l'évènement « le test est positif ».

1. Recopier et compléter l'arbre de probabilité de la situation. Cet arbre part d'un nœud initial d'où sortent deux branches, menant à $D$ (probabilité $x$) et à $\overline{D}$ (probabilité $1 - x$) ; de chacun de ces nœuds sortent deux branches, menant à $T$ et à $\overline{T}$, dont les probabilités sont à compléter.

2. Déterminer, en fonction de $x$, la probabilité qu'un sportif soit dopé et ait un test positif.

3. Démontrer que la probabilité de l'évènement $T$ est égale à $0{,}93\,x + 0{,}03$.

4. Pour cette question uniquement, on suppose qu'il y a $50$ sportifs dopés parmi les $1\,000$ testés. La fonction $f$ est celle de la partie A.

Démontrer que la probabilité qu'un sportif soit dopé sachant que son test est positif est égale à $f(0{,}05)$. En donner une valeur arrondie au centième.

5. On appelle valeur prédictive positive d'un test la probabilité que le sportif soit réellement dopé lorsque le résultat du test est positif.

a. Déterminer à partir de quelle valeur de $x$ la valeur prédictive positive du test étudié est supérieure ou égale à $0{,}9$. Arrondir le résultat au centième.

b. Un responsable de la compétition décide de ne plus tester l'ensemble des sportifs, mais de cibler les sportifs les plus performants, supposés être plus fréquemment dopés. Quelle est la conséquence de cette décision sur la valeur prédictive positive du test ? Argumenter en utilisant un résultat de la partie A.

Exercice 2 — Une suite qui approche $\ln 2$ (5 points)

On considère la fonction $f$ définie sur l'intervalle $[0\,;1]$ par $f(x) = 2x\,\mathrm{e}^{-x}$. On admet que la fonction $f$ est dérivable sur $[0\,;1]$.

1. a. Résoudre sur l'intervalle $[0\,;1]$ l'équation $f(x) = x$.

b. Démontrer que, pour tout $x$ appartenant à l'intervalle $[0\,;1]$,

c. Donner le tableau de variations de la fonction $f$ sur l'intervalle $[0\,;1]$.

On considère la suite $(u_n)$ définie par $u_0 = 0{,}1$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} = f\left(u_n\right)$.

2. a. Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$,

b. En déduire que la suite $(u_n)$ est convergente.

3. Démontrer que la limite de la suite $(u_n)$ est $\ln(2)$.

4. a. Justifier que, pour tout entier naturel $n$, $\ln(2) - u_n$ est positif.

b. On souhaite écrire un script Python qui renvoie une valeur approchée de $\ln(2)$ par défaut à $10^{-4}$ près, ainsi que le nombre d'étapes nécessaires pour y parvenir. Recopier et compléter le script ci-dessous afin qu'il réponde au problème posé.

def seuil():
    n = 0
    u = 0.1
    while ln(2) - u ... 0.0001:
        n = n+1
        u = ...
    return (u, n)

c. Donner la valeur de la variable n renvoyée par la fonction seuil().

Exercice 3 — Une équation différentielle avec second membre trigonométrique (5 points)

On considère l'équation différentielle

où $y$ est une fonction dérivable de la variable réelle $x$.

1. Démontrer que l'unique fonction constante solution de l'équation différentielle $(\mathrm{E}_0)$ est la fonction nulle.

2. Déterminer toutes les solutions de l'équation différentielle $(\mathrm{E}_0)$.

On considère l'équation différentielle

où $y$ est une fonction dérivable de la variable réelle $x$.

3. La fonction $h$ est définie sur $\mathbb{R}$ par $h(x) = 2\cos(x) + \sin(x)$ ; on admet qu'elle est dérivable sur $\mathbb{R}$. Démontrer que la fonction $h$ est solution de l'équation différentielle $(\mathrm{E})$.

4. On considère une fonction $f$ définie et dérivable sur $\mathbb{R}$. Démontrer que « $f$ est solution de $(\mathrm{E})$ » équivaut à « $f - h$ est solution de $(\mathrm{E}_0)$ ».

5. En déduire toutes les solutions de l'équation différentielle $(\mathrm{E})$.

6. Déterminer l'unique solution $g$ de l'équation différentielle $(\mathrm{E})$ telle que $g(0) = 0$.

7. Calculer

Exercice 4 — Les hauteurs d'un tétraèdre (5 points)

L'espace est muni d'un repère orthonormé $\left(\mathrm{O}\,;\vec{\imath},\vec{\jmath},\vec{k}\right)$. On considère :

• les points $\mathrm{A}(-2\,;0\,;2)$, $\mathrm{B}(-1\,;3\,;0)$, $\mathrm{C}(1\,;-1\,;2)$ et $\mathrm{D}(0\,;0\,;3)$ ;
• la droite $\mathcal{D}_1$ de représentation paramétrique $\begin{cases} x = t \\ y = 3t \\ z = 3 + 5t \end{cases}$, avec $t \in \mathbb{R}$ ;
• la droite $\mathcal{D}_2$ de représentation paramétrique $\begin{cases} x = 1 + 3s \\ y = -1 - 5s \\ z = 2 - 6s \end{cases}$, avec $s \in \mathbb{R}$.

1. Démontrer que les points $\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$ et $\mathrm{C}$ ne sont pas alignés.

2. a. Démontrer que le vecteur $\vec{n}(1\,;3\,;5)$ est orthogonal au plan $(\mathrm{ABC})$.

b. Justifier qu'une équation cartésienne du plan $(\mathrm{ABC})$ est $x + 3y + 5z - 8 = 0$.

c. En déduire que les points $\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ et $\mathrm{D}$ ne sont pas coplanaires.

3. a. Justifier que la droite $\mathcal{D}_1$ est la hauteur du tétraèdre $\mathrm{ABCD}$ issue de $\mathrm{D}$.

On admet que la droite $\mathcal{D}_2$ est la hauteur du tétraèdre $\mathrm{ABCD}$ issue de $\mathrm{C}$.

b. Démontrer que les droites $\mathcal{D}_1$ et $\mathcal{D}_2$ sont sécantes, et déterminer les coordonnées de leur point d'intersection.

4. a. Déterminer les coordonnées du projeté orthogonal $\mathrm{H}$ du point $\mathrm{D}$ sur le plan $(\mathrm{ABC})$.

b. Calculer la distance du point $\mathrm{D}$ au plan $(\mathrm{ABC})$. Arrondir le résultat au centième.