Terminale S – Enseignement obligatoire Intégrales
Frédéric Demoulin
1Dernière révision : 3 juin 2010
Document diffusé via le site www.bacamaths.net de Gilles Costantini
2⋆indique que cette notion a été abordée dans l’exercice
F.I. : fonction définie par une intégrale ; I.P.P. : intégration par parties ; E.D. : équations différentielles
N° Lieu Année ROC F.I. I.P.P. Aires Vol. E.D. Trigo. exp ln Suites
Session 2010
1 Liban juin 2010 ⋆ ⋆ ⋆
2 Inde avril 2010 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
Session 2009
3 Amérique du Nord juin 2009 ⋆ ⋆ ⋆
4 Centres étrangers juin 2009 ⋆ ⋆
5 France juin 2009 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
6 France (sujet initial) juin 2009 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
7 La Réunion juin 2009 ⋆ ⋆ ⋆
8 Liban juin 2009 ⋆ ⋆ ⋆
9 Polynésie juin 2009 ⋆ ⋆ ⋆
10 Inde avril 2009 ⋆ ⋆ ⋆
11 Nouvelle-Calédonie mars 2009 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
Session 2008
12 Antilles-Guyane sept 2008 ⋆ ⋆ ⋆
13 France / La Réunion sept 2008 ⋆ ⋆
14 Polynésie sept 2008 ⋆ ⋆ ⋆
15 Centres étrangers juin 2008 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
16 France juin 2008 ⋆ ⋆ ⋆
17 La Réunion juin 2008 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
18 Liban juin 2008 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
19 Polynésie juin 2008 ⋆ ⋆ ⋆
20 Amérique du Nord mai 2008 ⋆ ⋆ ⋆
21 Inde avril 2008 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
Session 2007
22 Antilles-Guyane sept 2007 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
23 Polynésie sept 2007 ⋆
24 Amérique du Nord juin 2007 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
25 Antilles-Guyane juin 2007 ⋆ ⋆ ⋆
26 Asie juin 2007 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
27 France juin 2007 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
28 Liban juin 2007 ⋆ ⋆ ⋆
29 Polynésie juin 2007 ⋆ ⋆ ⋆
Session 2005
30 Asie juin 2005 ⋆ ⋆ ⋆
31 La Réunion juin 2005 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
32 Liban juin 2005 ⋆ ⋆ ⋆
33 Inde avril 2005 ⋆ ⋆ ⋆
Session 2004
34 Amérique du Sud nov 2004 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
35 France sept 2004 ⋆ ⋆
36 Polynésie sept 2004 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
37 Antilles-Guyane juin 2004 ⋆ ⋆ ⋆ ⋆
38 Polynésie juin 2004 ⋆ ⋆
Session 2001
39 Polynésie sept 2001 ⋆ ⋆ ⋆
40 Inde avril 2001 ⋆ ⋆ ⋆
Années 90
41 France juin 1999 ⋆ ⋆ ⋆
42 Asie juin 1998 ⋆ ⋆ ⋆
43 La Réunion 1997 ⋆ ⋆ ⋆
Années 80
44 Bordeaux-Caen 1986 ⋆
45 Nancy-Metz 1980 ⋆
Exercice 1 Liban, juin 2010 (5 points)
Partie A – Restitution organisée de connaissances On supposera connus les résultats suivants :
• e0=1 ;
• pour tous réelsxety, ex×ey=ex+y. 1. Démontrer que, pour tout réelx, e−x= 1
ex.
2. Démontrer que, pour tout réelxet pour tout entier natureln,¡ ex¢n
=enx.
Partie B
On considère la suite (un) définie pour tout entier naturelnpar : un=
Z1 0
e−nx 1+e−xdx 1. a. Montrer queu0+u1=1.
b. Calculeru1. En déduireu0.
2. Montrer que, pour tout entier natureln,unÊ0.
3. a. Montrer que, pour tout entier naturelnnon nul,un+1+un=1−e−n n . b. En déduire, que pour tout entier naturelnnon nul,unÉ1−e−n
n . 4. Déterminer la limite de la suite (un).
Exercice 2 Inde, avril 2010 (6 points)
Partie A – Restitution organisée de connaissances
Soitaetbdeux réels tels quea<betf etgdeux fonctions continues sur l’intervalle [a;b]. On suppose connus les résultats suivants :
• Zb
a
£f(t)+g(t)¤ dt=
Zb
a f(t) dt+ Zb
a g(t) dt;
• si, pour toutt∈[a;b], f(t)Ê0, alors Zb
a f(t) dtÊ0.
Montrer que : si pour toutt∈[a;b], f(t)Ég(t), alors Zb
a f(t) dtÉ Zb
a g(t) dt.
Partie B
Soitnun entier naturel non nul. On appelle fnla fonction définie sur [0 ;+∞[ par : fn(x)=ln¡
1+xn¢ et on poseIn=
Z1 0 ln¡
1+xn¢ dx.
On noteCnla courbe représentative defndans un repère orthononnal¡
O;−→ı ;−→¢ . 1. a. Déterminer la limite def1en+∞.
b. Étudier les variations def1sur [0 ;+∞[.
c. À l’aide d’une intégration par parties, calculerI1et interpréter graphiquement le résultat.
(Pour le calcul deI1on pourra utiliser le résultat suivant : pour toutx∈[0 ; 1], x
x+1=1− 1 x+1)
2. a. Montrer que, pour tout entier naturel non nuln, on a 0ÉInÉln 2.
b. Étudier les variations de la suite (In).
c. En déduire que la suite (In) est convergente.
3. Soitgla fonction définie sur [0 ;+∞[ par :
g(x)=ln(1+x)−x a. Étudier le sens de variation degsur [0 ;+∞[.
b. En déduire le signe deg sur [0 ;+∞[. Montrer alors que, pour tout entier naturelnnon nul, et pour toutxréel positif, on a :
ln¡ 1+xn¢
Éxn c. En déduire la limite de la suite (In).
Exercice 3 Amérique du Nord, juin 2009 (5 points)
Partie A – Restitution organisée de connaissances On supposera connus les résultats suivants :
Soientuetvdeux fonctions continues sur un intervalle [a;b] aveca<b.
• siuÊ0 sur [a;b], alors Zb
a u(x) dxÊ0 ;
• pour tous réelsαetβ, Zb
a [αu(x)+βv(x)] dx=α Zb
a u(x) dx+β Zb
a v(x) dx.
Démontrer que sif etg sont deux fonctions continues sur un intervalle [a;b] aveca<bet si, pour toutxde [a;b], f(x)Ég(x) alors
Zb
a f(x) dxÉ Zb
a g(x) dx.
Partie B
On considère la fonctionf définie sur l’intervalle [0 ; 1] parf(x)=e−x2et on définit la suite (un) par :
u0=
Z1
0 f(x) dx= Z1
0 e−x2dx
pour tout entier naturelnnon nul,un= Z1
0 xnf(x) dx= Z1
0 xne−x2dx 1. a. Démontrer que, pour tout réelxde l’intervalle [0 ; 1], 1
eÉf(x)É1.
b. En déduire que 1
eÉu0É1.
2. Calculeru1.
3. a. Démontrer que, pour tout entier natureln, 0Éun. b. Étudier les variations de la suite (un).
c. En déduire que la suite (un) est convergente.
4. a. Démontrer que, pour tout entier natureln,unÉ 1 n+1. b. En déduire la limite de la suite (un).
Exercice 4 Centres étrangers, juin 2009 (6 points)
Soitnun entier naturel.
On notefnla fonction définie sur l’ensembleRdes nombres réels par : fn(x)= e−nx
1+e−x On noteCnla courbe représentative defndans un repère orthogonal¡
O;−→ı ;−→¢
. Les courbesC0,C1,C2etC3 sont représentées ci-dessous :
1 x
y 1
C0 C1
C2 C3
Partie A – Quelques propriétés des fonctionsfnet des courbesCn
1. Démontrer que, pour tout entier natureln, les courbesCn ont un pointAen commun. On précisera ses coordonnées.
2. Étude de la fonctionf0
a. Étudier le sens de variation def0.
b. Préciser les limites de la fonctionf0en−∞et+∞. Interpréter graphiquement ces limites.
c. Dresser le tableau de variation de fonctionf0surR.
3. Étude de la fonctionf1
a. Démontrer quef0(x)=f1(−x) pour tout nombre réelx.
b. En déduire les limites de la fonctionf1en−∞et+∞, ainsi que son sens de variation.
c. Donner une interprétation géométrique de 3.a. pour les courbesC0etC1. 4. Étude de la fonctionfnpournÊ2
a. Vérifier que, pour tout entier naturelnÊ2 et pour tout nombre réelx, on a : fn(x)= 1
enx+e(n−1)x
On pose, pour tout entier natureln,un= Z1
0 fn(x) dx.
1. Calculeru1puis montrer queu0+u1=1. En déduireu0. 2. Démontrer que, pour tout entier natureln:
0ÉunÉ Z1
0 e−nxdx 3. Calculer l’intégrale
Z1
0 e−nxdx. En déduire que la suite (un) est convergente et préciser sa limite.
Exercice 5 France, juin 2009 (6 points)
Soitf la fonction définie sur l’intervalle [0 ;+∞[ par : f(x)=ln¡
1+xe−x¢ On notef′la fonction dérivée de la fonctionf sur l’intervalle [0 ;+∞[.
On noteC la courbe représentative de la fonctionf dans un repère orthogonal. La courbeC est représentée sur le graphique ci-dessous.
Partie A 1. Justifier que lim
x→+∞f(x)=0.
2. Justifier que pour tout nombre réel positifx, le signe def′(x) est celui de 1−x.
3. Étudier les variations de la fonctionf sur l’intervalle [0 ;+∞[.
Partie B Soitλun nombre réel strictement positif. On poseA(λ)=
Zλ
0 f(x) dx. On se propose de majorerA(λ) à l’aide de deux méthodes différentes.
1. Première méthode
a. Représenter, sur le graphique ci-dessous, la partie du plan dont l’aire en unité d’aire, est égale àA(λ).
b. Justifier que pour tout nombre réelλstrictement positif,A(λ)Éλ×f(1).
2. Deuxième méthode
a. Calculer à l’aide d’une intégration par parties Zλ
0 xe−xdxen fonction deλ.
b. On admet que pour tout nombre réel positifu, ln(1+u)Éu.
Démontrer alors que, pour tout nombre réelλstrictement positif, A(λ)É −λe−λ−e−λ+1.
3. Application numérique
Avec chacune des deux méthodes, trouver un majorant deA(5), arrondi au centième. Quelle méthode donne le meilleur majorant dans le cas oùλ=5 ?
1
−
→
C
Exercice 6 France (sujet initial), juin 2009 (6 points)
Soitf la fonction définie sur l’intervalle [0 ;+∞[ par :
f(x)=1+xe−x Sa courbe représentativeC dans le repère orthonormal¡
O;−→ı ;−→¢
et la droite∆d’équationy=1 sont tracées ci-dessous.
1
1 ∆
C
O
Partie A
1. Justifier les propriétés suivantes constatées sur la représentation graphique.
a. La droite∆est asymptote à la courbeC en+∞. b. La fonctionf est décroissante sur l’intervalle [1 ;+∞[.
2. Soittun nombre réel positif. On considère l’intégrale Zt
0 f(x) dx.
a. Interpréter graphiquement cette intégrale.
b. Montrer que Zt
0 f(x) dx=t−te−1−e−t+1.
On noteIle point de coordonnées (1 ; 0) etJle point de coordonnées (0 ; 1).
Pour tout nombre réeltde l’intervalle [0 ; 1],Mt désigne le point de la courbeC d’abscissetetNtle point de coordonnées (t; 0).
On appelleDt, le domaine du plan délimité par la droite (I Mt), l’axe des abscisses, l’axe des ordonnées et la courbe C. Ce domaine est représenté par la zone grisée du graphique ci-joint. SoitA(t) la mesure de son aire exprimée en unité d’aire.
I J
O
Mt
Nt
1. Interpréter graphiquementA(0) et donner sa valeur exacte.
2. Interpréter graphiquementA(1) et donner sa valeur exacte.
3. Calculer l’aire du triangleMtNtI.
4. En déduire que pour tout nombre réeltappartenant à l’intervalle [0 ; 1] : A(t)=3
2+t 2−
µt2 2 +t
2+1
¶ e−t
5. Dans cette question toute trace de recherche même incomplète, ou d’initiative même non fructueuse, sera prise en compte dans l’évaluation.
Existe-t-il un unique nombre réelαde l’intervalle [0 ; 1] tel queA(α)=1
2×A(1) ? Justifier la réponse.
Exercice 7 La Réunion, juin 2009 (6 points)
Soientf etgles fonctions définies sur l’intervalle [0 ;+∞[ par :
f(x)=xe−x et g(x)=x2e−x
On noteCf etCgles représentations graphiques des fonctionsf etgdans le plan muni d’un repère¡
O;−→ı ;→−¢ . Partie A
La courbe représentativeCf de la fonctionf dans un repère¡
O;−→ı ;−→¢
est donnée dans e graphique ci-dessous.
1. D’après le graphique, quelles semblent être les variations de la fonctionf et sa limite en+∞? 2. Valider ces conjectures à l’aide d’une démonstration.
3. Tracer sur le graphique ci-dessous la courbeCgreprésentative de la fonctiong. 4. Quelle semble être la position relative de la courbeCf par rapport à la courbeCg?
Valider cette conjecture à l’aide d’une démonstration.
Partie B
L’objectif de cette partie est de calculer, en unités d’aire, la mesure de l’aireA de la partie du plan comprise entre les courbesCf etCget les droites d’équationsx=0 etx=1.
1. Hachurer sur le graphique cette partie du plan.
2. SoitI= Z1
0 f(x) dx.
Démontrer queI=1−2 e.
3. Dans cette question, toute trace de recherche même incomplète, ou d’initiative même non fructueuse, sera prise en compte dans l’évaluation.
SoitHla fonction définie sur l’intervalle [0 ;+∞[ par : H(x)= −¡
x2+2x¢ e−x a. Calculer la dérivéeH′de la fonctionH.
b. En déduire une primitive sur l’intervalle [0 ;+∞[ de la fonctiong. 4. Déterminer la valeur exacte de l’aireA.
−
→ı
−
→
O
Cf
Exercice 8 Liban, juin 2009 (8 points)
On considère la fonctionf définie surRpar :
f(x)=ln¡ 1+e−x¢
+1 3x
La courbeC représentative de la fonction f dans le plan muni d’un repère orthogonal est donnée dans le gra- phique ci-dessous.
Ce graphique sera complété.
Partie A
1. a. Déterminer la limite de la fonctionf en+∞. b. Montrer que la droiteDd’équationy=1
3xest asymptote à la courbeC. TracerD. c. Étudier la position relative deDet deC.
d. Montrer que, pour tout réelx,f(x)=ln¡ ex+1¢
−2 3x.
e. En déduire la limite def en−∞.
2. a. On notef′la fonction dérivée de la fonctionf. Montrer que pour toutxréel,f′(x)= ex−2
3(ex+1). b. En déduire les variations de la fonctionf.
Partie B
Soitnun entier naturel non nul. On appelledn, l’aire, en unités d’aire, du domaine du plan délimité par la courbe C, la droiteDd’équationy=1
3xet les droites d’équationsx=0 etx=n.
1. Justifier que, pour tout entier naturelnnon nul,dn= Zn
0 ln¡ 1+e−x¢
dx.
2. On admet que, pour tout réelx, ln¡ 1+e−x¢
Ée−x.
Montrer que, pour tout entier naturelnsupérieur ou égal à 1,dnÉ1. La suite (dn)nÊ1est-elle convergente ?
Partie C
Dans cette partie, on cherche à mettre en évidence une propriété de la courbeC. On noteT la tangente à la courbeC au point d’abscisse 0.
1. Calculer le coefficient directeur deT puis construireT sur le graphique.
2. Dans cette question, toute trace de recherche, même incomplète, ou d’initiative, même non fructueuse, sera prise en compte dans l’évaluation.
SoientMetNdeux points de la courbeC d’abscisses non nulles et opposées. Montrer que la droite (M N) est parallèle à la droiteT.
1 2 3
1 2 3 4 5
-1 -2 -3 -4 -5
x C
Exercice 9 Polynésie, juin 2009 (6 points)
Le plan est muni d’un repère orthogonal¡
O;−→ı ;−→¢ . Partie A
La courbeC, donnée ci-dessous, est la courbe représentative d’une fonctionf dérivable sur [0 ;+∞[, de fonction dérivéef′continue sur [0 ;+∞[.
La courbeC passe par les pointsOetA µ
1 ; 1 2e
¶
et, sur [0 ; 1], elle est au dessus du segment [O A].
1. Montrer que Z1
0 f′(x) dx= 1 2e· 2. Montrer que
Z1
0 f(x) dxÊ 1 4e·
Partie B
On sait désormais que la fonctionf considérée dans la partie A est définie sur [0 ;+∞[ par : f(x)= xe−x
x2+1
1. Déterminer la limite def en+∞. Interpréter graphiquement le résultat obtenu.
2. On considère la fonctiongdéfinie sur [0 ;+∞[ par :g(x)=x3+x2+x−1.
Établir que l’équationg(x)=0 admet une solution uniqueαdans l’intervalle [0 ;+∞[.
3. a. Montrer que pour toutxde [0 ;+∞[, f′(x) etg(x) sont de signes contraires.
b. En déduire les variations def sur [0 ;+∞[.
4. On considère la suite (un) définie pour tout entier naturelnpar : un=
Z2n
n f(x) dx a. Montrer que pour toutxde [0 ;+∞[, 0É x
x2+1É1 2. b. Montrer que pour tout entier natureln, 0ÉunÉ1
2
¡e−n−e−2n¢ . c. En déduire la limite deunquandntend vers+∞.
0,1 0,2 0,3
1 2
b A
O
C
Exercice 10 Inde, avril 2009 (7 points)
Soit f la fonction définie sur l’intervalle [0 ; +∞[ par :
f(x)=xe−x2
On désigne par C la courbe représentative de la fonctionf dans un repère orthonormal¡
O;−→ı ;−→¢
du plan. Cette courbe est représentée ci-contre. →− 1 2
ı
−
→
O 1
Partie A
1. a. Déterminer la limite de la fonctionf en+∞.
(On pourra écrire, pourxdifférent de 0 :f(x)=1 x× x2
ex2).
b. Démontrer quef admet un maximum en p2
2 et calculer ce maximum.
2. Soitaun nombre réel positif ou nul. Exprimer en unités d’aire et en fonction dea, l’aireF(a) de la partie du plan limitée par la courbeC, l’axe des abscisses et les droites d’équations respectivesx=0 etx=a.
Quelle est la limite deF(a) quandatend vers+∞?
Partie B
On considère la suite (un) définie pour tout entier naturelnpar : un=
Zn+1
n f(x) dx On ne cherchera pas à expliciterun.
1. a. Démontrer que, pour tout entier naturelndifférent de 0 et de 1 : f(n+1)ÉunÉf(n) b. Quel est le sens de variation de la suite (un)nÊ2?
c. Montrer que la suite (un) converge. Quelle est sa limite ?
2. a. Vérifier que, pour tout entier naturel strictement positifn,F(n)=
nX−1 k=0
uk.
b. Dans cette question, toute trace de recherche, même incomplète, ou d’initiative même non fructueuse, sera prise en compte dans l’évaluation.
On donne ci-dessous les valeurs deF(n) obtenues à l’aide d’un tableur, pournentier compris entre 3 et 7.
n 3 4 5 6 7
F(n) 0,4999382951 0,4999999437 0,5 0,5 0,5 Interpréter ces résultats.
Exercice 11 Nouvelle – Calédonie, mars 2009 (6 points)
Soitf une fonction définie pour tout nombre réelxpar : f(x)=(1+x)e−x Le plan est rapporté à un repère orthonormal¡
O;−→ı ;→−¢
d’unité graphique 1 cm.
1. a. Étudier le signe def(x) surR.
b. Déterminer la limite de la fonctionf en−∞.
Déterminer la limite de la fonctionf en+∞. c. On notef′la fonction dérivée de la fonctionf surR.
Calculer, pour tout nombre réelx,f′(x).
En déduire les variations de la fonctionf surR.
d. Tracer la courbe représentative de la fonctionf sur l’intervalle [−2 ; 5].
2. On note (In) la suite définie pour tout entier naturelnpar : In=
Zn
−1f(x) dx
Dans cette question, on ne cherchera pas à calculer la valeur exacte deInen fonction den.
a. Montrer que, pour toutn∈N:InÊ0.
b. Montrer que la suite (In) est croissante.
3. a. À l’aide d’une intégration par parties, montrer que, pour tous réelsaetb: Zb
a f(x) dx=(−2−b)e−b+(2+a)e−a b. En déduire l’expression deInen fonction den.
c. Déterminer lim
n→+∞In.
d. Donner une interprétation graphique de cette limite.
4. Déterminerα∈Rtel que Zα
−1f(x) dx=e.
Ce calcul intégral correspond-il à un calcul d’aire ?
Exercice 12 Antilles – Guyane, septembre 2008 (7 points)
Soitf la fonction définie surRpar :
f(x)=x+2− 4ex ex+3
On désigne parC sa courbe représentative dans le plan rapporté à un repère orthonormal¡
O;−→ı ;−→¢ d’unité graphique 2 cm.
1. a. Déterminer la limite def en−∞.
b. Démontrer que la droiteD1d’équationy=x+2 est asymptote à la courbeC. c. Étudier la position deC par rapport àD1.
2. a. On notef′la fonction dérivée def. Calculerf′(x) et montrer que, pour tout réelx, on a : f′(x)=
µex−3 ex+3
¶2
b. Étudier les variations def surRet dresser le tableau de variations de la fonctionf. 3. a. Que peut-on dire de la tangenteD2à la courbeC au point I d’abscisse ln 3 ?
b. En utilisant les variations de la fonctionf, étudier la position de la courbeC par rapport àD2. 4. a. Montrer que la tangenteD3à la courbeC au point d’abscisse 0 a pour équation :y=1
4x+1.
b. Étudier la position de la courbeC par rapport à la tangenteD3sur l’intervalle ]− ∞; ln 3].
On pourra utiliser la dérivée seconde def notéef′′définie pour toutxdeRpar : f"(x)=12ex(ex−3)
(ex+3)3 5. On admet que le pointIest centre de symétrie de la courbeC.
Tracer la courbeC, les tangentesD3,D3et les asymptotes à la courbeC. On rappelle que l’unité graphique choisie est 2 cm.
6. a. Déterminer une primitive de la fonctiongdéfinie surRpar :g(x)= ex ex+3. b. Soitλun réel strictement négatif.
On noteA(λ) l’aire, en unités d’aire, du domaine limité parD1,C et les droites d’équationsx=λet x=0.
Montrer queA(λ)=4ln 4−4ln³ eλ+3´
. c. Calculer lim
λ→−∞
A(λ).
Exercice 13 France / La Réunion, septembre 2008 (4 points)
On considère la suite numérique (Jn) définie, pour tout entier naturelnnon nul, par : Jn=
Zn 1 e−tp
1+tdt 1. Démontrer que la suite (Jn) est croissante.
2. Dans cette question, le candidat est invité à porter sur sa copie les étapes de sa démarche même si elle n’aboutit pas.
On définit la suite (In), pour tout entier naturelnnon nul, par : In=
Zn
1 (t+1)e−tdt a. Justifier que, pour touttÊ1, on ap
t+1Ét+1.
b. En déduire queJnÉIn.
c. CalculerInen fonction den. En déduire que la suite (Jn) est majorée par un nombre réel (indépendant den).
d. Que peut-on en conclure pour la suite (Jn) ?
Exercice 14 Polynésie, septembre 2008 (6 points)
On considère la fonctionf définie surRpar :
f(x)=ln¡
ex+2e−x¢
La courbeC représentative de la fonctionf dans un repère orthogonal est donnée ci-dessous.
Partie A – Étude de la fonctionf 1. Montrer que, pour tout réelx,f(x)=x+ln¡
1+2e−2x¢ . On admet que, pour tout réelx,f(x)= −x+ln¡
2+e2x¢ . 2. Calculer lim
x→+∞f(x) et montrer que la droiteDd’équationy=xest asymptote àC. Étudier la position relative deC et deD.
3. Calculer lim
x→−∞f(x) et montrer que la droiteD′d’équationy= −x+ln 2 est asymptote àC. 4. Étudier les variations de la fonctionf.
Montrer que le minimum de la fonctionf est égal à3 2ln 2.
5. Tracer les droitesDetD′sur le graphique ci-dessous.
Partie B – Encadrement d’une intégrale On poseI=
Z3
2 [f(x)−x] dx.
1. Donner une interprétation géométrique deI.
2. Montrer que, pour toutX∈[0 ;+∞[, ln(1+X)ÉX. 3. En déduire que 0ÉIÉ
Z3
2 2e−2xdxet donner un encadrement deId’amplitude 0,02.
1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5
-1 -2 -3 -4 -5
-6-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
−
→ı
−
→
Exercice 15 Centres étrangers, juin 2008 (7 points)
Partie A – Restitution organisée des connaissances Prérequis : on rappelle que : lim
x→+∞
ex x = +∞. 1. Démontrer que lim
x→+∞
lnx x =0.
2. En déduire que pour tout entier naturelnnon nul : lim
x→+∞
lnx xn =0.
Partie B – Étude d’une fonctionf
Soitf la fonction définie sur l’intervalle ]0 ;+∞[ par :
f(x)=x−lnx x2 On noteC sa courbe représentative dans un repère orthonormal¡
O;→−ı ;−→¢
(unité graphique 2 cm).
1. Soitula fonction définie sur l’intervalle ]0 ;+∞[ paru(x)=x3−1+2lnx.
a. Étudier le sens de variation de la fonctionusur l’intervalle ]0 ;+∞[.
b. Calculeru(1) et en déduire le signe deu(x) pourxappartenant à l’intervalle ]0 ;+∞[.
2. Étude de la fonctionf
a. Déterminer les limites def en 0 et en+∞.
b. Déterminer la fonction dérivée def et construire le tableau de variations de la fonctionf. 3. Éléments graphiques et tracés.
a. Démontrer que la droite∆d’équationy=xest asymptote oblique à la courbeC. b. Déterminer la position deC par rapport à∆.
c. Tracer la courbeC et la droite∆.
Partie C – Calcules d’aires
On noteαun nombre réel strictement positif et on désigne parA(α) l’aire, exprimée en unités d’aire, de la partie du plan délimitée par la courbeC, la droite∆et les droites d’équationx=1 etx=α.
1. On suppose dans cette question queα>1.
a. À l’aide d’une intégration par parties, démontrer que :A(α)=1−lnα α −1
α. b. Déterminer la limiteℓdeA(α) lorsqueαtend vers+∞.
2. Dans cette question, toute trace de recherche, même incomplète, ou d’initiative non fructueuse. sera prise en compte dans l’évaluation.
Démontrer queℓ=A µ1
e
¶ .
Exercice 16 France, juin 2008 (5 points)
Les courbesCf etCgdonnées ci-dessous représentent respectivement, dans un repère orthonormal¡
O;−→ı ;−→¢ , les fonctionsf etgdéfinies sur l’intervalle ]0 ;+∞[ par :
f(x)=lnx et g(x)=(lnx)2
1 e
1
−
→ı
−
→
Cf Cg
1. On cherche à déterminer l’aireA(en unités d’aire) de la partie du plan hachurée.
On noteI= Ze
1 lnxdxetJ= Ze
1(lnx)2dx.
a. Vérifier que la fonctionFdéfinie sur l’intervalle ]0 ; +∞[ parF(x)=xlnx−xest une primitive de la fonction logarithme népérien. En déduireI.
b. Démontrer à l’aide d’une intégration par parties queJ=e−2I. c. En déduireJ.
d. Donner la valeur deA.
2. Dans cette question le candidat est invité à porter sur sa copie les étapes de sa démarche même si elle n’aboutit pas.
Pourxappartenant à l’intervalle [1 ; e], on noteMle point de la courbeCf d’abscissexetN le point de la courbeCg de même abscisse. Pour quelle valeur dexla distanceM Nest maximale ? Calculer la valeur maximale deM N.
Exercice 17 La Réunion, juin 2008 (5 points)
Les parties A et B peuvent être traitées indépendamment.
Partie A
Soitf la fonction numérique de la variable réelle x définie sur ]0 ;+∞[ par : f(x)=ln(x)
x2
Sa courbe représentativeC, construite dans un repère orthonormal, et son tableau de variations sont donnés ci-dessous.
1. Le tableau de variations def donne des propriétés sur les variations de la fonction, les limites aux bornes de l’ensemble de définition ainsi que l’extremum.
Énoncer puis démontrer ces propriétés.
2. Dans cette question, toute trace de recherche, même incomplète, sera prise en compte dans l’évaluation.
Existe-t-il des tangentes à la courbeC qui contiennent le pointOorigine du repère ? Si oui, donner leur équation.
Partie B
Soitgla fonction définie sur l’intervalle ]0 ;+∞[ par : g(x)=
Zx
1
lnt t2 dt 1. a. Que représentef pour la fonctiong?
b. En déduire le sens de variations degsur ]0 ;+∞[.
2. Interpréter géométriquement les réelsg(3) etg µ1
2
¶ .
3. a. À l’aide d’une intégration par parties, montrer queg(x)=1−lnx+1 x . b. Déterminer la limite degen+∞.
0,5 1,0 1,5
-0,5 -1,0 -1,5
1 2 3 4
-1
-2 O
C
x 0 e +∞
f(x)
−∞
1 2e
0
Exercice 18 Liban, juin 2008 (5 points)
On considère une fonctionf dérivable sur l’intervalle ]− ∞;+∞[.
On donne le tableau de ses variations :
x −∞ 0 2 +∞
f′(x) + + 0 −
f(x)
−∞
0
1+e−2
1 Soitgla fonction définie sur ]−∞;+∞[ parg(x)=
Zx 0 f(t) dt.
Partie A
1. En tenant compte de toutes les informations contenues dans le tableau de variation, tracer une courbeC susceptible de représenter f dans le plan muni d’un repère orthogonal (unités graphiques : 1 cm sur l’axe des abscisses, 2 cm sur l’axe des ordonnées).
2. a. Interpréter graphiquementg(2).
b. Montrer que 0Ég(2)É2,5.
3. a. Soitxun réel supérieur à 2.
Montrer que Zx
2 f(t) dtÊx−2. En déduire queg(x)Êx−2.
b. Déterminer la limite de la fonctiongen+∞.
4. Étudier le sens de variation de la fonctiongsur l’intervalle ]−∞;+∞[.
Partie B
On admet que, pour tout réelt,f(t)=(t−1)e−t+1.
1. À l’aide d’une intégration par parties, exprimer en fonction du réelxl’intégrale Zx
0 (t−1)e−tdt.
2. En déduire que, pour tout réel x,g(x)=x¡ 1−e−x¢
. 3. Déterminer la limite de la fonctiongen−∞.
Exercice 19 Polynésie, juin 2008 (7 points)
Partie A – Restitution organisée de connaissances On supposera connus les résultats suivants :
Soientuetvdeux fonctions continues sur un intervalle [a;b] aveca<b.
• siuÊ0 sur [a;b], alors Zb
a u(x) dxÊ0 ;
• pour tous réelsαetβ, Zb
a
£αu(x)+βv(x)¤ dx=α
Zb
a u(x) dx+β Zb
a v(x) dx.
Démontrer que sif etg sont deux fonctions continues sur un intervalle [a;b] aveca<bet si, pour toutxde [a;b],f(x)Ég(x), alors
Zb
a f(x) dxÉ Zb
a g(x) dx.
Partie B
On considère la fonctionf définie sur [0;+∞[ par : f(x)=x+ln¡
1+e−x¢
Sa courbe représentativeC ainsi que la droiteDd’équationy=xsont données ci-dessous dans un repère ortho- normal d’unité graphique 2 cm.
1. Montrer quef est croissante et positive sur [0;+∞[.
2. a. Montrer que la courbeC admet pour asymptote la droiteD. b. Étudier la position deC par rapport àD.
3. SoitIl’intégrale définie par :I= Z1
0 ln¡ 1+e−x¢
dx= Z1
0 [f(x)−x] dx.
On ne cherchera pas à calculerI.
a. Donner une interprétation géométrique deI.
b. Montrer que pour tout réeltÊ0, on a ln (1+t)Ét(on pourra étudier les variations de la fonctiong définie sur [0;+∞[ parg(t)=ln(1+t)−t). On admettra que pour tout réeltÊ0, on a t
t+1Éln(1+t).
c. En déduire que pour toutxde [0;+∞[ , on a : e−x e−x+1Éln¡
1+e−x¢ Ée−x
d. Montrer que ln µ 2
1+e−1
¶
ÉIÉ1−e−1.
e. En déduire un encadrement deId’amplitude 0,4 par deux nombres décimaux.
4. Dans cette question, toute trace de recherche, même incomplète, ou d’initiative, même non fructueuse, sera prise en compte dans l’évaluation.
On désigne parMetNles points de même abscissexappartenant respectivement àC etD.
On juge queMetNsont indiscernables sur le graphique lorsque la distanceM Nest inférieure à 0,5 mm.
Déterminer l’ensemble des valeurs dexpour lesquellesMetNsont indiscernables.
1 2 3 4
-1
1 2 3 4 5 6
-1-1 0 1 2 3 4 5 6 7
-1 0 1 2 3 4
C
D
Exercice 20 Amérique du Nord, mai 2008 (4 points)
On considère les suites (xn) et¡ yn¢
définies pour tout entier naturelnnon nul par : xn=
Z1
0 tncostdt et yn= Z1
0 tnsintdt 1. a. Montrer que la suite (xn) est à termes positifs.
b. Étudier les variations de la suite (xn).
c. Que peut-on en déduire quant à la convergence de la suite (xn) ? 2. a. Démontrer que, pour tout entier naturelnnon nul,xnÉ 1
n+1. b. En déduire la limite de la suite (xn).
3. a. À l’aide d’une intégration par parties, démontrer que, pour tout entier naturelnnon nul : xn+1= −(n+1)yn+sin(1)
b. En déduire que lim
n→+∞yn=0.
4. On admet que, pour tout entier naturelnnon nul,yn+1=(n+1)xn−cos(1).
Déterminer lim
n→+∞nxnet lim
n→+∞n yn.
Exercice 21 Inde, avril 2008 (4 points)
1. Soitf etHles fonctions définies sur [1 ;+∞[ respectivement par : f(x)= x
ex−1 et H(x)= Zx
1 f(t) dt a. Justifier quef etHsont bien définies sur [1 ;+∞[.
b. Quelle relation existe-t-il entreHetf ?
c. SoitC la courbe représentative def dans un repère orthonormal¡
O;−→ı ;→−¢
du plan. Interpréter en termes d’aire le nombreH(3).
2. On se propose, dans cette question, de donner un encadrement du nombreH(3).
a. Montrer que, pour tout réelx>0, x
ex−1=x× e−x 1−e−x. b. En déduire que
Z3
1 f(x) dx=3ln µ
1− 1 e3
¶
−ln µ
1−1 e
¶
− Z3
1 ln¡ 1−e−x¢
dx.
c. Montrer que si 1ÉxÉ3, alors ln µ
1−1 e
¶ Éln¡
1−e−x¢ Éln
µ 1− 1
e3
¶ . d. En déduire un encadrement de
Z3 1 ln¡
1−e−x¢
dxpuis de Z3
1 f(x) dx.
Exercice 22 Antilles – Guyane, septembre 2007 (5 points)
Question de cours SoitIun intervalle deR.
Soientuetvdeux fonctions continues, dérivables surItelles queu′etv′soient continues surI. Rappeler et démontrer la formule d’intégration par parties sur un intervalle [a;b] deI.
Partie A Soitf une fonction définie et dérivable sur l’intervalle [0 ; 1].
On notef′la fonction dérivée def.
On suppose quef′est continue sur l’intervalle [0 ; 1].
1. Utiliser la question de cours pour montrer que : Z1
0 f(x)dx=f(1)− Z1
0 x f′(x)dx 2. En déduire que
Z1 0
£f(x)−f(1)¤ dx= −
Z1
0 x f′(x)dx.
Partie B On désigne par ln la fonction logarithme nepérien.
Soitf la fonction définie sur l’intervalle ]−2 ; 2[ par : f(x)=ln
µ2+x 2−x
¶
SoitC la courbe représentative def sur l’intervalle ]−2 ; 2[ dans un repère orthonormé d’unité graphique 2 cm.
1. Déterminer les limites def aux bornes de son ensemble de définition.
2. a. Montrer que, pour tout réelxde l’intervalle ]−2 ; 2[, on af′(x)= 4 4−x2. b. En déduire les variations def sur l’intervalle ]−2 ; 2[.
Partie C La courbeC est tracée sur le graphique ci-dessous.
Hachurer sur ce graphique la partieP du plan constituée des pointsM(x;y) tels que : 0ÉxÉ1 et f(x)ÉyÉln3
En utilisant la partie A, calculer en cm2l’aire deP.
1 2 3 4
-1
-2
1 2 3
-1 -2
0 1
0 −→ 1
ı
−
→
Exercice 23 Polynésie, septembre 2007 (7 points)
On désigne par (E) l’ensemble des fonctions f continues sur l’intervalle [0 ; 1] et vérifiant les conditions (P1), (P2) et (P3) suivantes :
• (P1) :f est strictement croissante sur l’intervalle [0 ; 1] ;
• (P2) :f(0)=0 etf(1)=1 ;
• (P3) : pour tout réelxde l’intervalle [0 ; 1],f(x)Éx.
Dans un repère orthonormal¡
O;→−ı ;−→¢
du plan, on noteCf la courbe représentative d’une fonction f de l’en- semble (E) etDla droite d’équationy=x.
À toute fonctionf de (E), on associe le nombre réelIf = Z1
0 [x−f(x)] dx.
1. a. Une seule des trois courbes ci-dessous représente une fonction de (E). La déterminer en justifiant l’élimination des deux autres.
Courbe n° 1 1 1
O
Courbe n° 2 1 1
O
Courbe n° 3 1 1
O
b. Montrer que, pour toute fonctionf de (E),If Ê0.
2. Soithla fonction définie sur l’intervalle [0 ; 1] parh(x)=2x−1 (on rappelle que, pour toutxréel, 2x=exln 2).
a. Montrer que la fonctionhvérifie les conditions (P1) et (P2).
b. Soitϕla fonction définie sur l’intervalle [0 ; 1] parϕ(x)=2x−x−1.
Montrer que, pour toutxde [0 ; 1],ϕ(x)É0 (on pourra étudier le sens de variation de la fonctionϕsur [0 ; 1]).
En déduire que la fonctionhappartient à l’ensemble (E).
c. Montrer que le réelIhassocié à la fonctionhest égal à3 2− 1
ln 2.
3. SoitP une fonction définie sur l’intervalle [0 ; 1] parP(x)=ax2+bx+coùa,betcsont trois nombres réels tels que 0<a<1. On se propose de déterminer les valeurs des réelsa,betcpour que la fonctionP appartienne à l’ensemble (E) et queIp=Ih.
a. Montrer que la fonctionP vérifie la propriété (P2) si et seulement si, pour tout réelx de l’intervalle [0 ; 1], P(x)=ax2+(1−a)x.
Montrer que toute fonctionPdéfinie sur [0 ; 1] parP(x)=ax2+(1−a)xavec 0<a<1 appartient à (E).
b. Exprimer en fonction deale réelIP associé à la fonctionP.
c. Montrer qu’il existe une valeur du réelapour laquelleIP=Ih. Quelle est cette valeur ?
Exercice 24 Amérique du Nord, juin 2007 (7 points)
1. Restitution organisée de connaissances.
L’objet de cette question est de démontrer que lim
x→+∞
ex x = +∞. On supposera connus les résultats suivants :
• la fonction exponentielle est dérivable surRet est égale à sa fonction dérivée ;
• e0=1 ;
• pour tout réelx, on a ex>x;
• soient deux fonctionsϕetψdéfinies sur l’intervalle [A;+∞[ oùAest un réel positif.
Si pour tout x de [A;+∞[,ψ(x)Éϕ(x) et si lim
x→+∞ψ(x)= +∞, alors lim
x→+∞ϕ(x)= +∞. a. On considère la fonctiongdéfinie sur [0 ;+∞[ parg(x)=ex−x2
2 . Montrer que pour toutxde [0 ;+∞[,g(x)Ê0.
b. En déduire que lim
x→+∞
ex x = +∞
2. On appellef la fonction définie sur [0 ;+∞[ parf(x)=1 4xe−x2. On appelleC sa courbe représentative dans un repère orthogonal¡
O;→−ı ;−→¢ . La courbeC est représentée ci-dessous.
a. Montrer quef est positive sur [0 ;+∞[.
b. Déterminer la limite def en+∞. En déduire une conséquence graphique pourC. c. Étudier les variations def puis dresser son tableau de variations sur [0 ;+∞[.
3. On considère la fonctionFdéfinie sur [0 ;+∞[ parF(x)= Zt
0 f(t) dt.
a. Montrer queFest une fonction strictement croissante sur [0 ;+∞[.
b. Montrer queF(x)=1−e−x2−x 2e−x2.
c. Calculer la limite deFen+∞et dresser le tableau de variations deFsur [0 ;+∞[.
d. Justifier l’existence d’un unique réel positifαtel queF(α)=0,5.
À l’aide de la calculatrice, déterminer une valeur approchée deαà 10−2près par excès.
4. Soitnun entier naturel non nul. On noteAnl’aire, en unités d’aire, de la partie du plan située entre l’axe des abscisses, la courbe def et les droites d’équationsx=0 etx=n.
Déterminer le plus petit entier naturelntel queAnÊ0,5.
1 2 3 4 5 6 7 8 O
1
C
Exercice 25 Antilles – Guyane, juin 2007 (6 points)
Question de cours Prérequis : positivité et linéarité de l’intégrale.
Soientaetbdeux réels d’un intervalleIdeRtels queaÉb. Démontrer que sif etgsont deux fonctions continues surItelles que pour tout réelxde l’intervalleI,f(x)Êg(x), alors
Zb
a
f(x) dxÊ Zb
a
g(x) dx.
Partie A
1. Soitxun réel supérieur ou égal à 1.
Calculer en fonction dexl’intégrale Zx
1 (2−t) dt.
2. Démontrer que pour tout réeltappartenant à l’intervalle [1 ;+∞[, on a : 2−tÉ1 t. 3. Déduire de ce qui précède que pour tout réelxsupérieur ou égal à 1, on a :
−1
2x2+2x−3 2Élnx
Partie B Soithla fonction définie surRparh(x)= −1
2x2+2x−3 2.
Sur le graphique ci-dessous, le plan est muni d’un repère orthogonal¡
O;−→ı ;→−¢
dans lequel on a tracé les courbes représentatives des fonctionshet logarithme népérien sur l’intervalle [1 ; 4]. On a a tracé également la droite∆ d’équationx=4.
1. a. Démontrer que Z4
1 h(x)dx=0.
b. Illustrer sur le graphique le résultat de la question précédente.
2. On noteD le domaine du plan délimité par la droite∆et les courbes représentatives des fonction h et logarithme népérien sur l’intervalle [1 ; 4].
En utilisant une intégration par parties, calculer l’aire deDen unités d’aire.
0,5 1,0 1,5
-0,5
-1,0
-1,5
1 2 3 4 x
−
→i
−
→j
O
Exercice 26 Asie, juin 2007 (4 points)
Pour chacune des propositions suivantes, indiquer si elle est vraie ou fausse et donner une démonstration de la réponse choisie. Dans le cas d’une proposition fausse, la démonstration consistera à proposer un contre-exemple.
Une réponse non démontrée ne rapporte aucun point.
1. Sif est la fonction définie pour tout nombre réelxpar :f(x)=sin2x, alors sa fonction dérivée vérifie, pour tout nombre réelx,f′(x)=sin 2x.
2. Soit f est une fonction définie et dérivable sur l’intervalle [−1 ; 1], dont la dérivée est continue sur cet intervalle.
Sif(−1)= −f(1), alors : Z1
−1t f′(t) dt= − Z1
−1f(t) dt.
3. Soitf une fonction définie et continue sur l’intervalle [0 ; 3].
Si Z3
0 f(t) dtÉ Z3
0 g(t) dt, alors pour tout nombre réelxappartenant à [0 ; 3] :f(x)Ég(x).
4. Sif est solution de l’équation différentielley′= −2y+2 et si f n’est pas une fonction constante, alors la représentation def dans un repère du plan, n’admet aucune tangente parallèle à l’axe des abscisses.
Exercice 27 France, juin 2007 (3 points)
1. Restitution organisée de connaissances
Démontrer la formule d’intégration par parties en utilisant la formule de dérivation d’un produit de deux fonctions dérivables, à dérivées continues sur un intervalle [a;b].
2. Soient les deux intégrales définies par : I=
Zπ
0 exsinxdx etJ= Zπ
0 excosxdx a. Démontrer queI= −Jet queI=J+eπ+1.
b. En déduire les valeurs exactes deIet deJ.
Exercice 28 Liban, juin 2007 (6 points)
Soientf etgles fonctions définies sur l’intervalle ]0 ;+∞[ par : f(x)=lnxetg(x)=(lnx)2
On noteCf etCgles courbes représentatives respectives def etgdans un repère orthogonal. Les courbesCf et Cg sont données dans le graphique ci-dessous.
1. a. Étudier le signe de (lnx)(1−lnx) sur ]0 ;+∞[.
b. En déduire la position relative des deux courbesCf etCg sur ]0 ;+∞[.
2. Pourxappartenant à ]0 ;+∞[,Mest le point deCf d’abscissexetNest le point deCg de même abscisse.
a. Soithla fonction définie sur ]0 ;+∞[ parh(x)=f(x)−g(x).
Étudier les variations de la fonctionhsur ]0 ;+∞[.
b. En déduire que sur l’intervalle [1 ;e], la valeur maximale de la distanceM Nest obtenue pourx=p e.
c. Résoudre dans ]0 ;+∞[ l’équation (lnx)2−lnx=1.
d. En déduire que, sur ]0 ; 1[∪]e ;+∞[, il existe deux réelsaetb(a<b) pour lesquels la distanceM Nest égale à 1.
3. a. À l’aide d’une intégration par parties, calculer Ze
1 lnxdx.
b. Vérifier que la fonctionGdéfinie sur ]0 ;+∞[ parG(x)=x£
(lnx)2−2lnx+2¤
est une primitive de la fonctiongsur ]0 ;+∞[.
c. On considère la partie du plan délimitée par les courbesCf,Cget les droites d’équationsx=1 etx=e.
Déterminer l’aireAen unités d’aire de cette partie du plan.
O
Cf Cg
~i
~j
Exercice 29 Polynésie, juin 2007 (6 points)
On considère la fonctionf définie sur ]0 ;+∞[ par :
f(x)=1+xlnx On noteCf sa courbe représentative dans un repère orthogonal¡
O;→−ı ;−→¢ . Toutes les aires considérées dans ce problème seront exprimées en unités d’aire.
Partie A
Le but de cette partie est de déterminer un encadrement de l’aireAdu domaine délimité par l’axe des abscisses, la courbeCf et les deux droites d’équationsx=1 etx=2.
On noteMetN les points deCf d’abscisses respectives 1 et 2,PetQleurs projetés orthogonaux respectifs sur l’axe des abscisses.
La figure est donnée ci-dessous.
1. a. Montrer quef est positive sur [1 ; 2].
b. Montrer que le coefficient directeur de la droite (M N) est 2ln 2.
c. SoitEle point d’abscisse4 e.
Montrer que, sur l’intervalle [1 ; 2], le pointEest l’unique point deCf en lequel la tangente àCf est parallèle à (M N).
d. On appelleT la tangente àCf au pointE. Montrer qu’une équation deTesty=(2ln 2)x−4
e+1.
2. Soitgla fonction définie sur [1 ; 2] parg(x)=f(x)−
·
(2ln 2)x−4 e+1
¸ . a. Montrer que, pour toutxde [1 ; 2],g′(x)=1+ln³x
4
´.
b. Étudier les variations degsur [1 ; 2] et en déduire la position relative deCf et de la tangenteT sur cet intervalle.
3. SoientM′etN′les points d’abscisses respectives 1 et 2 de la droiteT. On admet que la courbeCf reste sous la droite (M N) sur l’intervalle [1 ; 2] et que les pointsM′etN′ont des ordonnées strictement positives.
a. Calculer les aires des trapèzesM NQPetM′N′QP.
b. En déduire, à l’aide de la calculatrice, un encadrement deA d’amplitude 10−1.
Partie B
Le but de cette partie est de déterminer la valeur exacte deA. 1. À l’aide d’une intégration par parties, calculer
Z2
1 xlnxdx.
2. En déduire la valeur exacte deA.
1 2
1 2
0 1 2
0 1 2
x y
Cf
T
M M′
P
E
N N′
Q +
Exercice 30 Asie, juin 2005 (7 points)
On s’intéresse dans cet exercice à une suite de nombres rationnels qui converge vers e2. On définit, pour tout entier naturelnÊ1, l’intégrale :
In= Z2
0
1
n!(2−x)nexdx 1. CalculerI1.
2. Établir que pour tout entier naturelnÊ1, 0ÉInÉ2n n!
¡e2−1¢ .
3. À l’aide d’une intégration par parties, montrer que pour tout entier naturelnÊ1 :
In+1=In− 2n+1 (n+1)!
4. Démontrer par récurrence que e2=1+ 2 1!+22
2!+...+2n n!+In. 5. On pose, pour tout entier naturelnÊ1,un=2n
n!. a. Calculerun+1
un et prouver que pour tout entier naturelnÊ3,un+1É1 2un. b. En déduire que pour tout entier naturelnÊ3, 0ÉunÉu3
Ã1 2
!n−3
. 6. En déduire la limite de la suite (un) puis celle de la suite (In).
7. Justifier enfin que :
e2= lim
n→+∞
à 1+2
1!+22
2!+...+2n n!
!
Exercice 31 La Réunion, juin 2005 (3 points)
On considère les fonctionsf etgdéfinies, sur l’intervalle [0;+∞[, par : f(x)=ln(x+1) et g(x)=ex−1
On désigne parCf etCgles courbes représentatives des fonctionsf etgdans un repère orthonormal¡
O;−→ı ;−→¢ . Ces courbes sont tracées sur le graphique ci-dessous (le candidat en disposera comme il le jugera utile ; il sera à joindre à la copie, avec les éventuels ajouts effectués par le candidat).
1. Vérifier que les courbesCf etCg ont une tangente commune au pointO(0; 0). Préciser la position de la courbeCf par rapport à cette tangente.
2. Démontrer que les courbesCf etCgsont symétriques par rapport à la droite d’équationy=x.
3. Soitaun nombre réel strictement positif. On se propose de calculer de deux façons différentes le nombre I(a)=
Za
0 ln(x+1)dx.
a. En utilisant des considérations d’aires, démontrer que : I(a)=aln(a+1)−
Zln(a+1)
0
¡ex−1¢ dx b. En déduire la valeur deI(a).
c. Retrouver la valeur deI(a) en effectuant une intégration par parties.
0 1 2 3 4
