Bac Maths 2025 — Métropole septembre — Sujet 1

Sujet officiel du baccalauréat général, épreuve d'enseignement de spécialité mathématiques, session de remplacement de métropole (sujet 1, jour 1), 9 septembre 2025. Durée 4 heures, calculatrice autorisée. 4 exercices indépendants, notés respectivement 5, 5, 6 et 4 points, soit 20 points au total.

Exercice 1 — Glycémie après un repas (5 points)

Partie A

On considère l'équation différentielle

où $y$ est une fonction de la variable réelle $t$. On cherche l'ensemble des fonctions définies et dérivables sur $\mathbb{R}$ qui sont solutions de cette équation.

1. Soit $u$ la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par $u(t) = t\,\mathrm{e}^{-0,4\,t}$. Vérifier que $u$ est solution de $(\mathrm{E})$.

2. Soit $f$ une fonction définie et dérivable sur $\mathbb{R}$. On note $g$ la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par $g(t) = f(t) - u(t)$, et $(\mathrm{H})$ l'équation différentielle $y' + 0{,}4\,y = 0$.

a. Démontrer que si la fonction $g$ est solution de $(\mathrm{H})$, alors la fonction $f$ est solution de $(\mathrm{E})$.

On admettra que la réciproque est vraie.

b. Résoudre l'équation différentielle $(\mathrm{H})$.

c. En déduire les solutions de $(\mathrm{E})$.

d. Déterminer la solution $f$ de $(\mathrm{E})$ telle que $f(0) = 1$.

Partie B

On s'intéresse à la glycémie d'une personne qui vient de prendre un repas. La glycémie, en $\mathrm{g{\cdot}L^{-1}}$, en fonction du temps $t$ écoulé depuis la fin du repas et exprimé en heure, est modélisée par la fonction $f$ définie sur $[0\,;6]$ par

1. a. Montrer que, pour tout $t \in [0\,;6]$, $f'(t) = (-0{,}4\,t + 0{,}6)\,\mathrm{e}^{-0,4\,t}$.

b. Étudier les variations de $f$ sur $[0\,;6]$, puis dresser son tableau de variations sur cet intervalle.

2. Une personne est en hypoglycémie lorsque sa glycémie est inférieure à $0{,}7\ \mathrm{g{\cdot}L^{-1}}$.

a. Démontrer que, sur l'intervalle $[0\,;6]$, l'équation $f(t) = 0{,}7$ admet une unique solution, que l'on notera $\alpha$.

b. Au bout de combien de temps après son repas cette personne est-elle en hypoglycémie ? On exprimera ce temps à la minute près.

3. On souhaite déterminer la glycémie moyenne de cette personne, en $\mathrm{g{\cdot}L^{-1}}$, au cours des six heures qui suivent le repas.

a. À l'aide d'une intégration par parties, montrer que

b. Calculer la glycémie moyenne de cette personne au cours des six heures qui suivent le repas.

c. En remarquant que la fonction $f$ est solution de l'équation différentielle $(\mathrm{E})$, expliquer comment on aurait pu obtenir ce résultat autrement.

Exercice 2 — Un tétraèdre et une pyramide autour d'un cube (5 points)

On considère le cube $\mathrm{ABCDEFGH}$, dont $\mathrm{ABCD}$ est la face inférieure et $\mathrm{EFGH}$ la face supérieure, les sommets $\mathrm{E}$, $\mathrm{F}$, $\mathrm{G}$ et $\mathrm{H}$ étant situés respectivement au-dessus de $\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ et $\mathrm{D}$.

On place le point $\mathrm{M}$ tel que $\overrightarrow{\mathrm{BM}} = \overrightarrow{\mathrm{AB}}$ : il prolonge l'arête $[\mathrm{AB}]$ au-delà de $\mathrm{B}$, d'une longueur égale à celle de l'arête.

Partie A

1. Montrer que les droites $(\mathrm{FG})$ et $(\mathrm{FM})$ sont perpendiculaires.

2. Montrer que les points $\mathrm{A}$, $\mathrm{M}$, $\mathrm{G}$ et $\mathrm{H}$ sont coplanaires.

Partie B

On se place dans le repère orthonormé $\left(\mathrm{A}\,;\overrightarrow{\mathrm{AB}},\overrightarrow{\mathrm{AD}},\overrightarrow{\mathrm{AE}}\right)$.

1. Déterminer les coordonnées des vecteurs $\overrightarrow{\mathrm{GM}}$ et $\overrightarrow{\mathrm{AH}}$, et montrer qu'ils ne sont pas colinéaires.

2. a. Justifier qu'une représentation paramétrique de la droite $(\mathrm{GM})$ est

b. On admet qu'une représentation paramétrique de la droite $(\mathrm{AH})$ est

Montrer que le point d'intersection des droites $(\mathrm{GM})$ et $(\mathrm{AH})$, que l'on nommera $\mathrm{N}$, a pour coordonnées $(0\,;2\,;2)$.

3. a. Montrer que le triangle $\mathrm{AMN}$ est rectangle en $\mathrm{A}$.

b. Calculer l'aire de ce triangle.

4. Soit $\mathrm{J}$ le centre de la face $\mathrm{BCGF}$.

a. Déterminer les coordonnées du point $\mathrm{J}$.

b. Montrer que le vecteur $\overrightarrow{\mathrm{FJ}}$ est normal au plan $(\mathrm{AMN})$.

c. Montrer que $\mathrm{J}$ appartient au plan $(\mathrm{AMN})$. En déduire que $\mathrm{J}$ est le projeté orthogonal du point $\mathrm{F}$ sur le plan $(\mathrm{AMN})$.

5. On rappelle que le volume $\mathcal{V}$ d'un tétraèdre ou d'une pyramide est donné par la formule

où $\mathcal{B}$ est l'aire d'une base et $h$ la hauteur relative à cette base. Montrer que le volume du tétraèdre $\mathrm{AMNF}$ est le double du volume de la pyramide $\mathrm{BCGFM}$.

Exercice 3 — Deux suites, une même limite (6 points)

Le but de cet exercice est d'étudier la convergence de deux suites vers une même limite.

Partie A

On considère la fonction $f$ définie sur $[2\,;+\infty[$ par

1. Justifier les éléments du tableau de variations suivant :

On admet que la suite $(u_n)$ définie par $u_0 = 6$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1} = f\left(u_n\right)$, est bien définie.

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

b. En déduire que la suite $(u_n)$ converge.

3. On appelle $\ell$ la limite de $(u_n)$, et on admet qu'elle est solution de l'équation $f(x) = x$. Déterminer la valeur de $\ell$.

4. On considère la fonction rang ci-dessous, écrite en langage Python. On rappelle que sqrt(x) renvoie la racine carrée du nombre x.

from math import *
 
def rang(a):
    u = 6
    n = 0
    while u >= a:
        u = sqrt(3*u - 2)
        n = n+1
    return n

a. Pourquoi peut-on affirmer que rang(2.000001) renvoie une valeur ?

b. Pour quelles valeurs du paramètre $a$ l'instruction rang(a) renvoie-t-elle un résultat ?

Partie B

On admet que la suite $(v_n)$ définie par $v_0 = 6$ et, pour tout entier naturel $n$, $v_{n+1} = 3 - \dfrac{2}{v_n}$, est bien définie.

1. Calculer $v_1$.

2. On admet que $v_n \neq 2$ pour tout entier naturel $n$, et on pose

a. Démontrer que la suite $(w_n)$ est géométrique de raison $2$, et préciser son premier terme $w_0$.

b. On admet que, pour tout entier naturel $n$, $w_n - 1 = \dfrac{1}{v_n - 2}$. En déduire que, pour tout entier naturel $n$,

c. Calculer la limite de la suite $(v_n)$.

3. Déterminer, en résolvant une inéquation, le plus petit entier naturel $n$ pour lequel $v_n \lt 2{,}01$.

Partie C

À l'aide des parties précédentes, déterminer le plus petit entier $N$ tel que, pour tout $n \geqslant N$, les termes $v_n$ et $u_n$ appartiennent à l'intervalle $]1{,}99\,;2{,}01[$.

Exercice 4 — Vrai ou faux : la visite d'un musée (4 points)

Pour chacune des affirmations suivantes, indiquer si elle est vraie ou fausse. Chaque réponse doit être justifiée : une réponse non justifiée ne rapporte aucun point.

Un musée propose des visites avec ou sans audioguide. Les billets peuvent être achetés en ligne ou directement au guichet.

1. Lorsqu'une personne achète son billet en ligne, un code de validation lui est envoyé par SMS afin qu'elle confirme son achat. Ce code est généré aléatoirement ; il est constitué de $4$ chiffres deux à deux distincts, le premier chiffre étant différent de $0$.

Affirmation 1 : le nombre de codes différents pouvant être générés est $5\,040$.

2. Une étude a permis de considérer que :

• la probabilité qu'une personne choisisse l'audioguide, sachant qu'elle a acheté son billet en ligne, est égale à $0{,}8$ ;
• la probabilité qu'une personne achète son billet en ligne est égale à $0{,}7$ ;
• la probabilité qu'une personne opte pour une visite sans audioguide est égale à $0{,}32$.

Affirmation 2 : la probabilité qu'un visiteur ne prenne pas l'audioguide, sachant qu'il a acheté son billet au guichet, est supérieure à deux tiers.

3. On choisit au hasard $12$ visiteurs de ce musée. On suppose que le choix de l'option « audioguide » est indépendant d'un visiteur à l'autre.

Affirmation 3 : la probabilité qu'exactement la moitié de ces visiteurs opte pour l'audioguide est égale à $924 \times 0{,}2176^{6}$.

4. Une personne équipée d'un audioguide peut choisir parmi trois parcours : un premier d'une durée de cinquante minutes, un deuxième d'une heure et vingt minutes, un troisième d'une heure et quarante minutes. Le temps de parcours est modélisé par une variable aléatoire $X$ dont la loi est donnée ci-dessous.

Affirmation 4 : l'espérance de $X$ est de $77$ minutes.