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DST Intégrales et équations différentielles STI2D 27 Mars 2015 Exercice 1 (Bac 2013) Un architecte veut établir les plans d’un hangar pour ballon dirigeable. La forme de la façade avant de ce hangar et les points O, A, B, S, H et K sont donnés sur le schéma ci-dessous. y 70 60 S 50 40 K 30 20 10 H O −60B−50 −40 −30 −20 −10 10 20 30 40 50 A x Cette façade avant est symétrique par rapport au segment vertical [OS] et OH = 30 m. Ø de la façade avant correspond à une partie de la représentation graphique L’arc SA d’une fonction définie sur l’intervalle [0 ; 60], dans un repère orthonormal direct d’origine O du plan, l’unité étant le mètre. Le cahier des charges impose les quatre conditions suivantes : • OS = 60 ; • HK > 35 ; • la fonction évoquée ci-dessus doit être strictement décroissante sur l’intervalle [0 ; 60] ; • OA É 60. Partie A - Étude d’une fonction numérique 1. Vérifier que la fonction f définie sur l’intervalle [0 ; 60] par f (x) = 80 − 20e 0,025x vérifie les trois premières conditions du cahier des charges. 2. Déterminer, à l’aide de la calculatrice, la valeur décimale approchée à 10−1 près par excès du réel a qui vérifie f (a) = 0. Vérifier que la quatrième condition du cahier des charges est remplie. N. Berthet LLG 2014/2015 STI2D DST Intégrales et équations différentielles 27 Mars 2015 Partie B - Calcul d’intégrale et application 1. (a) Calculer la valeur exacte de l’intégrale J= Z55,5 0 f (x) dx (b) Donner la valeur approchée, arrondie à 10−2 près de J . 2. On souhaite peindre la surface extérieure de la façade avant. (a) Déterminer à 10−2 près l’aire de cette surface exprimée en m2 . (b) La peinture utilisée pour peindre la surface extérieure de la façade avant est vendue en bidons de 68 litres. Sachant que cette peinture a une propriété de recouvrement de 0, 2 mètre carré par litre, combien de bidons sont nécessaires pour peindre la surface extérieure de la façade avant ? Exercice 2 (D’après sujet bac France Métropolitaine 2014) Dans cet exercice, la température est exprimée en degrés Celsius (˚C) et le temps t est exprimé en heures. Une entreprise congèle des ailerons de poulet dans un tunnel de congélation avant de les conditionner en sachets. À l’instant t = 0, les ailerons, à une température de 5 ˚C, sont placés dans le tunnel. Pour pouvoir respecter la chaîne du froid, le cahier des charges impose que les ailerons aient une température inférieure ou égale à −24 ˚C. Partie A La température des ailerons dans le tunnel de congélation est modélisée en fonction du temps t par la fonction f définie sur l’intervalle [0, +∞[ par f (t ) = 35e−1,6t − 30. 1. Déterminer la température atteinte par les ailerons au bout de 30 minutes, soit 0,5 h. 2. Étudier le sens de variation de la fonction f . 3. Si les ailerons de poulet sont laissés une heure et demie dans le tunnel de congélation, la température des ailerons sera-t-elle conforme au cahier des charges ? 4. Résoudre par le calcul l’équation f (t ) = −24 et interpréter le résultat trouvé. Partie B Pour moderniser son matériel, l’entreprise a investi dans un nouveau tunnel de congélation. La température des ailerons dans ce nouveau tunnel est modélisée, en fonction du temps, par une fonction g définie et dérivable sur l’intervalle [0, +∞[, qui est solution de l’équation différentielle y ′ + 1, 5y = −52, 5 N. Berthet LLG 2014/2015 DST Intégrales et équations différentielles STI2D 27 Mars 2015 1. Résoudre l’équation différentielle y ′ + 1, 5y = −52, 5. 2. (a) Justifier que g (0) = 5. (b) Vérifier que la fonction g est définie par g (t ) = 40e−1,5t − 35. 3. Ce nouveau tunnel permet-il une congélation plus rapide ? Exercice 3 Partie A Soit l’équation différentielle (E ) : 16y ′′ + 9y = 0 1. Résoudre l’équation (E ) 2. La représentation d’une fonction f vérifiant l’équation (E ) est représentée cidessous ainsi que sa tangente T M au point M. T M 2. M 1. −2. −1. 0 −1. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Cf −2. 3 Justifiez que f (0) = 1 et que f ′ (0) = − . 4 3. Déterminer la fonction f . Partie B Soit la fonction g définie par g (x) = A cos(ωx + π ) 4 1. Calculer g ′ x) et g ′′ (x). 2. Calculer ω pour que g vérifie l’équation (E ). 3. Calculer A pour que g (0) = 1 4. Calculer g ′ (0) 5. Montrer que f = g . N. Berthet LLG 2014/2015