Résolution d'un problème graphique avec la fonction logarithmeExercice type bac

Une municipalité a décidé d'installer un module de skateboard dans un parc de la commune.

Le dessin ci-dessous en fournit une perspective cavalière. Les quadrilatères OAD'D, DD'C'C et OAB'B sont des rectangles.

Le plan de face (OBD) est muni d'un repère orthonormé (O, I, J).

L'unité est le mètre. La largeur du module est de 10 mètres, autrement dit, DD′=10, sa longueur OD est de 20 mètres.

Le but du problème est de déterminer l'aire des différentes surfaces à peindre.

Le profil du module de skateboard a été modélisé à partir d'une photo par la fonction f

définie sur l'intervalle [0; 20] par f\left(x\right)=\left(x+1\right)\ln\left(x+1\right)-3x+7.

On note f' la fonction dérivée de la fonction f et \mathscr{C} la courbe représentative de la fonction f dans le repère (O, I, J).

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Quelle proposition montre que pour tout réel x appartenant à l'intervalle [0; 20], on a f'\left(x\right)=\ln\left(x+1\right)-2 ?

Dans quelle proposition en déduit-on les variations de f sur l'intervalle [0; 20] ?

Quel est le coefficient directeur de la tangente à la courbe \mathscr{C} au point d'abscisse 0 ?

La valeur absolue de ce coefficient est appelée l'inclinaison du module de skateboard au point B.

On admet que la fonction g définie sur l'intervalle [0; 20] par g\left(x\right)=\dfrac{1}{2}\left(x+1\right)^2\ln\left(x+1\right)-\dfrac{1}{4}x^2-\dfrac{1}{2}x a pour dérivée la fonction g' définie sur l'intervalle [0; 20] par g'\left(x\right)=\left(x+1\right)\ln\left(x+1\right).

Dans quelle proposition détermine-t-on une primitive de la fonction f sur l'intervalle [0; 20] ?

Les trois questions de cette partie sont indépendantes.

Les propositions suivantes sont-elles exactes ?

P_1 : La différence de hauteur entre le point le plus haut et le point le plus bas de la piste est au moins égale à 8 mètres.

P_2 : L'inclinaison de la piste est presque deux fois plus grande en B qu'en C.

On souhaite peindre en noir la piste roulante, autrement dit la surface supérieure du module.

Afin de déterminer une valeur approchée de l'aire de la partie à peindre, on considère dans le repère (O, I, J) du plan de face, les points B_k\left(k;f\left(k\right)\right) pour k variant de 0 à 20.

Ainsi, B_0=B.

On décide d'approcher l'arc de la courbe \mathscr{C} allant de B_k à B_{k+1} par le segment \left[B_kB_{k+1}\right].

Ainsi l'aire de la surface à peindre sera approchée par la somme des aires des rectangles du type B_kB_{k+1}B'_{k+1}B'_k (voir figure).

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a

Quelle proposition montre que pour tout entier k variant de 0 à 19, B_kB_{k+1}=\sqrt{1+\left(f\left(k+1\right)-f\left(k\right)\right)^2} ?

b

Dans quelle proposition a-t-on complété l'algorithme suivant afin qu'il affiche une estimation de l'aire de la partie roulante ?

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