Correction Concours Médecine Oujda 2014 — Mathématiques
Faculté de Médecine et de Pharmacie d’Oujda.
Année universitaire 2014-2015 — Correction détaillée des 10 QCM.
Cette page présente la correction pédagogique complète de la partie mathématique du concours Médecine Oujda 2014.
Chaque question reprend l’énoncé et toutes les propositions, puis expose la résolution étape par étape.
Correction détaillée
Question 1 — Suites, somme et limites
Pour \(n\gt1\), on considère :
\[ S=\sum_{k=1}^{n}(2k-1), \] \[ u_n= \frac{5^n+(-3)^n} {2^n+3(-1)^n}, \] \[ v_n= \frac{n+\sin n} {n-\sin n}, \]et :
\[ w_n= \frac{n}{n^2+1} + \frac{n}{n^2+2} +\cdots+ \frac{n}{n^2+n}. \]On sait que :
\[ 1+3+5+\cdots+(2n-1)=n^2. \]Donc :
\[ S=n^2. \]La proposition A est fausse.
Propositions B et C — Étude de \(u_n\)On factorise le numérateur par \(5^n\) et le dénominateur par \(2^n\) :
\[ u_n = \frac{ 5^n\left[1+\left(-\frac35\right)^n\right] }{ 2^n\left[1+3\left(-\frac12\right)^n\right] }. \]Ainsi :
\[ u_n = \left(\frac52\right)^n \frac{ 1+\left(-\frac35\right)^n }{ 1+3\left(-\frac12\right)^n }. \]Or :
\[ \left(-\frac35\right)^n\longrightarrow0 \]et :
\[ \left(-\frac12\right)^n\longrightarrow0. \]Le quotient entre crochets tend donc vers \(1\), tandis que :
\[ \left(\frac52\right)^n\longrightarrow+\infty. \]Par conséquent :
\[ u_n\longrightarrow+\infty. \]Les propositions B et C sont fausses.
Proposition D — Étude de \(v_n\)On divise le numérateur et le dénominateur par \(n\) :
\[ v_n = \frac{ 1+\frac{\sin n}{n} }{ 1-\frac{\sin n}{n} }. \]Comme :
\[ \left|\frac{\sin n}{n}\right| \le \frac1n \longrightarrow0, \]on obtient :
\[ v_n\longrightarrow1. \]La proposition D est fausse.
Proposition E — Étude de \(w_n\)Pour tout \(k\in\{1,\ldots,n\}\), on a :
\[ n^2+1 \le n^2+k \le n^2+n. \]Donc :
\[ \frac{n}{n^2+n} \le \frac{n}{n^2+k} \le \frac{n}{n^2+1}. \]En sommant les \(n\) termes :
\[ \frac{n^2}{n^2+n} \le w_n \le \frac{n^2}{n^2+1}. \]Or :
\[ \frac{n^2}{n^2+n} = \frac{n}{n+1} \longrightarrow1 \]et :
\[ \frac{n^2}{n^2+1} \longrightarrow1. \]Par encadrement :
\[ w_n\longrightarrow1. \]La proposition E est vraie.
Question 2 — Nombres complexes et géométrie
On considère les points \(M\), \(N\) et \(P\) d’affixes respectives :
\[ z_M=2(1+i\sqrt3), \] \[ z_N=2(1-i\sqrt3), \]et :
\[ z_P=-1+i\sqrt3. \]On a :
\[ z_M=2+2i\sqrt3. \]Donc :
\[ |z_M| = \sqrt{2^2+(2\sqrt3)^2} = 4. \]De même :
\[ |z_N|=4. \]La proposition A est donc fausse.
On peut écrire :
\[ z_M = 4\left( \cos\frac{\pi}{3} + i\sin\frac{\pi}{3} \right). \]La proposition C est fausse, car le module \(4\) manque dans l’expression proposée.
De plus :
\[ \frac1{\overline{z_N}} = \frac1{z_M}, \]qui n’est pas égal à \(z_M\). La proposition B est fausse.
Position relative des droitesLes coordonnées des points sont :
\[ M(2,2\sqrt3), \qquad N(2,-2\sqrt3), \qquad P(-1,\sqrt3). \]On considère les vecteurs :
\[ \overrightarrow{PM} = (3,\sqrt3) \]et :
\[ \overrightarrow{PN} = (3,-3\sqrt3). \]Leur produit scalaire vaut :
\[ \overrightarrow{PM}\cdot\overrightarrow{PN} = 3\times3 + \sqrt3\times(-3\sqrt3). \]Donc :
\[ \overrightarrow{PM}\cdot\overrightarrow{PN} = 9-9 = 0. \]Les vecteurs sont orthogonaux. Les droites \((MP)\) et \((NP)\) sont donc perpendiculaires.
La proposition D est vraie et la proposition E est fausse.
Question 3 — Fonction paire et périodique
Soit \(f\) une fonction dérivable sur \(\mathbb R\), paire et périodique de période \(T\).
La fonction \(f\) est paire :
\[ f(-x)=f(x). \]En dérivant cette égalité :
\[ -f'(-x)=f'(x). \]Donc :
\[ f'(-x)=-f'(x). \]La fonction \(f'\) est impaire.
Périodicité de la dérivéeComme \(f\) est périodique de période \(T\) :
\[ f(x+T)=f(x). \]En dérivant :
\[ f'(x+T)=f'(x). \]La fonction \(f'\) est donc elle aussi périodique de période \(T\).
Les propositions A et B sont fausses.
Valeur de \(f'(kT)\)Puisque \(f'\) est impaire :
\[ f'(0)=0. \]Comme \(f'\) est \(T\)-périodique :
\[ f'(kT)=f'(0)=0, \qquad \forall k\in\mathbb Z. \]La proposition C est vraie.
Vérification de la proposition DLa périodicité donne :
\[ \int_T^{2T}f(x)\,dx = \int_0^Tf(x)\,dx. \]De plus, la parité et la périodicité impliquent :
\[ f(T-x)=f(-x)=f(x). \]Ainsi :
\[ \int_0^Tf(x)\,dx = 2\int_0^{T/2}f(x)\,dx. \]La proposition D, qui donne le facteur \(\frac12\), est donc fausse.
Question 4 — Étude d’une fonction exponentielle
On considère la fonction :
\[ f(x)= \frac{e^{1-x}} {1+e^{-x}}, \]et \(C_f\) sa courbe représentative dans un repère orthonormé.
On simplifie la fonction en multipliant le numérateur et le dénominateur par \(e^x\) :
\[ f(x) = \frac{e}{e^x+1}. \] Domaine et variationsComme :
\[ e^x+1\gt0 \]pour tout réel \(x\), le domaine est :
\[ D_f=\mathbb R. \]La proposition A est fausse.
La dérivée est :
\[ f'(x) = -\frac{e\,e^x}{(e^x+1)^2}. \]Comme le numérateur est strictement positif :
\[ f'(x)\lt0 \]pour tout \(x\). La fonction est strictement décroissante. La proposition B est fausse.
Limite en \(-\infty\)Lorsque \(x\to-\infty\), on a \(e^x\to0\). Donc :
\[ f(x)\longrightarrow e. \]La proposition C est fausse.
Équation \(f(x)=e^{-x}\)On résout :
\[ \frac{e}{e^x+1}=e^{-x}. \]En multipliant par \(e^x(e^x+1)\) :
\[ ee^x=e^x+1. \]Donc :
\[ (e-1)e^x=1. \]Ainsi :
\[ e^x=\frac1{e-1}. \]Cette équation admet une solution réelle. La proposition D est fausse.
Tangente au point d’abscisse \(0\)On a :
\[ f(0)=\frac e2 \]et :
\[ f'(0)=-\frac e4. \]L’équation de la tangente est :
\[ y = -\frac e4x+\frac e2. \]Pour trouver son intersection avec l’axe des abscisses, on pose \(y=0\) :
\[ -\frac e4x+\frac e2=0. \]Donc :
\[ x=2. \]La tangente coupe donc l’axe des abscisses au point :
\[ N(2,0). \]La proposition E est vraie.
Question 5 — Aire entre deux courbes
Sur l’intervalle \([0,1]\), on considère les fonctions :
\[ f(x)=2x \]et :
\[ g(x)=x^2. \]On note \(C_f\) et \(C_g\) leurs courbes représentatives dans un repère orthonormé.
L’aire \(S\), en unité d’aire, de la région comprise entre \(C_f\), \(C_g\) et les droites d’équations \(x=0\) et \(x=1\) est :
Sur l’intervalle \([0,1]\), on a :
\[ 2x-x^2=x(2-x)\ge0. \]Donc la courbe de \(f(x)=2x\) est située au-dessus de celle de \(g(x)=x^2\).
L’aire cherchée est :
\[ S = \int_0^1 \bigl(2x-x^2\bigr)\,dx. \]Une primitive est :
\[ x^2-\frac{x^3}{3}. \]Ainsi :
\[ S = \left[ x^2-\frac{x^3}{3} \right]_0^1. \]Donc :
\[ S = 1-\frac13 = \frac23. \]Question 6 — Modélisation d’une population
La population d’un pays était de \(32\) millions d’habitants en \(2012\). Elle augmente naturellement de \(5\%\) par an et le pays accueille chaque année un demi-million d’immigrants.
On note \(v_n\), exprimé en millions, la population de ce pays pendant l’année \(2012+n\).
On pose :
\[ u_n=v_n+10. \]Une augmentation naturelle de \(5\%\) signifie que la population est multipliée par \(1{,}05\), puis on ajoute \(0{,}5\) million d’immigrants :
\[ v_{n+1}=1{,}05v_n+0{,}5. \]La proposition A est fausse.
Étude de la suite \(u_n\)On a :
\[ u_n=v_n+10. \]Donc :
\[ u_{n+1} = v_{n+1}+10. \]En utilisant la relation précédente :
\[ u_{n+1} = 1{,}05v_n+0{,}5+10. \]Ainsi :
\[ u_{n+1} = 1{,}05(v_n+10). \]Donc :
\[ u_{n+1}=1{,}05u_n. \]La suite \((u_n)\) est géométrique de raison \(1{,}05\), et non arithmétique. La proposition B est fausse.
Son premier terme vaut :
\[ u_0=v_0+10=32+10=42. \]Donc :
\[ u_n=42(1{,}05)^n. \]Par conséquent :
\[ v_n = 42(1{,}05)^n-10. \] Dépassement de \(158\) millionsOn cherche le premier entier \(n\) tel que :
\[ v_n\gt158. \]Cela équivaut à :
\[ 42(1{,}05)^n-10\gt158. \]Donc :
\[ 42(1{,}05)^n\gt168 \]puis :
\[ (1{,}05)^n\gt4. \]En prenant le logarithme :
\[ n \gt \frac{\ln4}{\ln(1{,}05)}. \]Or :
\[ \frac{\ln4}{\ln(1{,}05)} \approx 28{,}41. \]Le premier entier convenable est donc :
\[ n=29. \]La proposition C est vraie et la proposition D est fausse.
Question 7 — Propriétés de fonctions
Pour :
\[ f(x)=x^2+2x-1, \]on complète le carré :
\[ f(x)=(x+1)^2-2. \]L’axe de symétrie est donc :
\[ x=-1. \]La proposition A est fausse.
Proposition BUne courbe peut couper son asymptote oblique. Une asymptote décrit seulement le comportement de la courbe au voisinage de l’infini.
La proposition B est fausse.
Proposition CL’équation différentielle :
\[ g'(x)=2g(x) \]admet les solutions :
\[ g(x)=Ce^{2x}, \qquad C\in\mathbb R. \]La proposition C est fausse.
Proposition DPosons :
\[ \varphi(x)=4x(x-5). \]On a :
\[ \varphi(5)=0 \]et :
\[ \varphi'(x)=8x-20. \]Donc :
\[ \varphi'(5)=20\ne0. \]La fonction valeur absolue \(|\varphi(x)|\) présente alors un point anguleux en \(x=5\). Elle n’est pas dérivable en ce point.
La proposition D est vraie.
Proposition ELa fonction :
\[ x\longmapsto|x+5|-|3-x|+2x-3 \]est continue sur \(\mathbb R\).
Toute fonction continue sur un intervalle admet une primitive sur cet intervalle.
La proposition E est fausse.
Question 8 — Géométrie dans un cube
On considère le cube \(ABCDEFGH\), de côté \(a\), représenté ci-dessous.
On utilise le repère orthonormé associé au cube :
\[ A(0,0,0), \quad B(a,0,0), \quad D(0,a,0), \quad E(0,0,a). \]Alors :
\[ G(a,a,a). \] Proposition A \[ \overrightarrow{AG} = (a,a,a). \]Or :
\[ \overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{EA} = (a,0,0)+(0,a,0)+(0,0,-a). \]Donc :
\[ \overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{EA} = (a,a,-a), \]qui n’est pas égal à \(\overrightarrow{AG}\). La proposition A est fausse.
Proposition BDans le plan \((BDE)\), on peut utiliser les vecteurs :
\[ \overrightarrow{BD} = (-a,a,0) \]et :
\[ \overrightarrow{BE} = (-a,0,a). \]De plus :
\[ \overrightarrow{AG} = (a,a,a). \]On calcule :
\[ \overrightarrow{AG}\cdot\overrightarrow{BD} = -a^2+a^2 = 0 \]et :
\[ \overrightarrow{AG}\cdot\overrightarrow{BE} = -a^2+a^2 = 0. \]Le vecteur \(\overrightarrow{AG}\) est orthogonal à deux vecteurs non colinéaires du plan \((BDE)\).
Il est donc normal au plan \((BDE)\). La proposition B est vraie.
Proposition CLe calcul précédent donne :
\[ \overrightarrow{AG}\cdot\overrightarrow{BE}=0, \]et non \(a^2\). La proposition C est fausse.
Proposition DOn a :
\[ \overrightarrow{DE} = (0,-a,a). \]Donc :
\[ \overrightarrow{AG}\cdot\overrightarrow{DE} = -a^2+a^2 = 0. \]Les droites \((AG)\) et \((DE)\) sont perpendiculaires. La proposition D est fausse.
Proposition EOn a :
\[ \overrightarrow{BC}=(0,a,0) \]et :
\[ \overrightarrow{BA}=(-a,0,0). \]Donc :
\[ \overrightarrow{BC} \wedge \overrightarrow{BA} = (0,0,a^2). \]Or :
\[ \overrightarrow{BG}=(0,a,a). \]Ces deux vecteurs ne sont pas égaux. La proposition E est fausse.
Question 9 — Probabilités et maladies
Une étude portant sur deux maladies \(M1\) et \(M2\) dans un pays a donné les informations suivantes :
- \(18\%\) de la population est atteinte de la maladie \(M1\) ;
- parmi les personnes atteintes de \(M1\), \(8\%\) sont également atteintes de \(M2\) ;
- parmi les personnes non atteintes de \(M1\), \(7\%\) sont atteintes de \(M2\).
On choisit une personne au hasard et on considère les événements :
\[ C=\{\text{la personne est atteinte de }M1\}, \] \[ D=\{\text{la personne est atteinte de }M2\}. \]On connaît :
\[ P(C)=0{,}18, \] \[ P(D\mid C)=0{,}08 \]et :
\[ P(D\mid\overline C)=0{,}07. \] Probabilité de \(D\)Par la formule des probabilités totales :
\[ P(D) = P(C)P(D\mid C) + P(\overline C)P(D\mid\overline C). \]Or :
\[ P(\overline C)=1-0{,}18=0{,}82. \]Donc :
\[ P(D) = 0{,}18\times0{,}08 + 0{,}82\times0{,}07. \]Ainsi :
\[ P(D) = 0{,}0144+0{,}0574 = 0{,}0718. \]Donc :
\[ P(D)=7{,}18\times10^{-2}. \]La proposition A est vraie.
Intersection \(C\cap D\) \[ P(C\cap D) = P(C)P(D\mid C). \]Donc :
\[ P(C\cap D) = 0{,}18\times0{,}08 = 0{,}0144. \]Les propositions B et C sont fausses.
Probabilité conditionnelle \[ P(\overline C\mid D) = \frac{ P(\overline C\cap D) }{ P(D) }. \]Or :
\[ P(\overline C\cap D) = 0{,}82\times0{,}07 = 0{,}0574. \]Ainsi :
\[ P(\overline C\mid D) = \frac{0{,}0574}{0{,}0718} \approx0{,}799. \]Cette valeur n’est pas \(0{,}2\). La proposition D est fausse.
Question 10 — Intégrale dépendant de \(n\)
Pour \(n\in\mathbb N\), on pose :
\[ I_n = (n+1) \int_a^1 t^n\ln(t)\,dt. \]On considère :
\[ I_n = (n+1) \int_a^1 t^n\ln(t)\,dt. \]Effectuons une intégration par parties en posant :
\[ u=\ln t \]et :
\[ dv=(n+1)t^n\,dt. \]Alors :
\[ du=\frac{dt}{t} \]et :
\[ v=t^{n+1}. \]Donc :
\[ I_n = \left[ t^{n+1}\ln t \right]_a^1 - \int_a^1t^n\,dt. \]Le premier terme vaut :
\[ \left[ t^{n+1}\ln t \right]_a^1 = -a^{n+1}\ln a. \]De plus :
\[ \int_a^1t^n\,dt = \left[ \frac{t^{n+1}}{n+1} \right]_a^1 = \frac{1-a^{n+1}}{n+1}. \]Ainsi :
\[ I_n = -a^{n+1}\ln a - \frac{1-a^{n+1}}{n+1}. \]Donc :
\[ I_n = \frac{a^{n+1}-1}{n+1} - a^{n+1}\ln a. \]La proposition C est vraie.
Pour \(a=\frac12\), on a :
\[ a^{n+1}\longrightarrow0 \]et :
\[ \frac{a^{n+1}-1}{n+1} \longrightarrow0. \]Donc :
\[ I_n\longrightarrow0, \]et non \(+\infty\). La proposition E est fausse.
Tableau récapitulatif des réponses
| Question | Réponse finale |
|---|---|
| Q1 | proposition E — \(\displaystyle\lim_{n\to+\infty}w_n=1\). |
| Q2 | proposition D — les droites \((MP)\) et \((NP)\) sont perpendiculaires. |
| Q3 | proposition C — \(f'(kT)=0\) pour tout \(k\in\mathbb Z\). |
| Q4 | proposition E — la tangente coupe l’axe des abscisses en \(N(2,0)\). |
| Q5 | proposition C — \(S=\frac23\). |
| Q6 | proposition C — le premier entier est \(n=29\). |
| Q7 | proposition D — \(h(x)=|4x(x-5)|\) n’est pas dérivable en \(5\). |
| Q8 | proposition B — \(\overrightarrow{AG}\) est normal au plan \((BDE)\). |
| Q9 | proposition A — \(P(D)=7{,}18\times10^{-2}\). |
| Q10 | proposition C — \(\displaystyle I_n=\frac{a^{n+1}-1}{n+1}-a^{n+1}\ln a\). |
Commentaires
Enregistrer un commentaire