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Exercice 1 — Bac Maths 2022 — Métropole — Jour 1 — Énoncé

Énoncé de l'exercice 1 — Bac Maths 2022 Métropole

Dans le cadre d'un essai clinique on envisage deux protocoles de traitement d'une maladie.

L'objectif de cet exercice est d'étudier, pour ces deux protocoles, l'évolution de la quantité de médicament présente dans le sang d'un patient en fonction du temps.

Les parties A et B sont indépendantes

Partie A : Étude du premier protocole

Le premier protocole consiste à faire absorber un médicament, sous forme de comprimé, au patient.

On modélise la quantité de médicament présente dans le sang du patient, exprimée en mg, par la fonction ff définie sur l'intervalle [0 ; 10] par

f(t)=3te−0,5t+1,f(t) = 3t\text{e}^{-0,5t+1},

où tt désigne le temps, exprimé en heure, écoulé depuis la prise du comprimé.

  • 1.

    • a) On admet que la fonction ff est dérivable sur l'intervalle [0 ; 10] et on note f′f' sa fonction dérivée.

      Montrer que, pour tout nombre réel tt de [0 ; 10], on a : f′(t)=3(−0,5t+1)e−0,5t+1f'(t) = 3(- 0,5t + 1)\text{e}^{-0,5t+1}.

    • b) En déduire le tableau de variations de la fonction ff sur l'intervalle [0 ; 10].

    • c) Selon cette modélisation, au bout de combien de temps la quantité de médicament présente dans le sang du patient sera-t-elle maximale ?

      Quelle est alors cette quantité maximale?

  • 2.

    • a) Montrer que l'équation f(t)=5f(t) = 5 admet une unique solution sur l'intervalle [0 ; 2] notée α\alpha, dont on donnera une valeur approchée à 10−210^{-2} près.

      On admet que l'équation f(t)=5f(t) = 5 admet une unique solution sur l'intervalle [2 ; 10], notée β\beta, et qu'une valeur approchée de β\beta à 10−210^{-2} près est 3,46.

    • b) On considère que ce traitement est efficace lorsque la quantité de médicament présente dans le sang du patient est supérieure ou égale à 5 mg.

      Déterminer, à la minute près, la durée d'efficacité du médicament dans le cas de ce protocole.

Partie B : Étude du deuxième protocole

Le deuxième protocole consiste à injecter initialement au patient, par piqûre intraveineuse, une dose de 22 mg de médicament puis à réinjecter toutes les heures une dose de 1,81,8 mg.

On suppose que le médicament se diffuse instantanément dans le sang et qu'il est ensuite progressivement éliminé.

On estime que lorsqu'une heure s'est écoulée après une injection, la quantité de médicament dans le sang a diminué de 30 % par rapport à la quantité présente immédiatement après cette injection.

On modélise cette situation à l'aide de la suite (un)\left(u_n\right) où, pour tout entier naturel nn, unu_n désigne la quantité de médicament, exprimée en mg, présente dans le sang du patient immédiatement après l'injection de la nn-ième heure. On a donc u0=2u_0 = 2.

  • 1. Calculer, selon cette modélisation, la quantité u1u_1, de médicament (en mg) présente dans le sang du patient immédiatement après l'injection de la première heure.

  • 2. Justifier que, pour tout entier naturel nn, on a : un+1=0,7un+1,8u_{n+1} = 0,7u_n + 1,8.

  • 3.

    • a) Montrer par récurrence que, pour tout entier naturel nn, on a : un⩽un+1<6u_n \leqslant u_{n+1} < 6.

    • b) En déduire que la suite (un)\left(u_n\right) est convergente. On note ℓ\ell sa limite.

    • c) Déterminer la valeur de ℓ\ell. Interpréter cette valeur dans le contexte de l'exercice.

  • 4. On considère la suite (vn)\left(v_n\right) définie, pour tout entier naturel nn, par vn=6−unv_n = 6 - u_n.

    • a) Montrer que la suite (vn)\left(v_n\right) est une suite géométrique de raison 0,70,7 dont on précisera le premier terme.

    • b) Déterminer l'expression de vnv_n en fonction de nn, puis de unu_n en fonction de nn.

    • c) Avec ce protocole, on arrête les injections lorsque la quantité de médicament présente dans le sang du patient est supérieure ou égale à 5,55,5 mg.

      Déterminer, en détaillant les calculs, le nombre d'injections réalisées en appliquant ce protocole.

À propos de l'exercice 1 du Bac Maths 2022 — Métropole

Exercice 1 de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat 2022, session Métropole — Spé Maths. Il porte sur : Fonction exponentielle, Continuité et TVI, Suites et récurrence. L'énoncé et la correction détaillée sont disponibles gratuitement ci-dessus.

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