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mathématiques complémentaires (terminale) · Chapitre 3 · Application directe du cours

Problème — Quelle taille donner à une réserve naturelle ?

La fonction logarithme népérien · niveau 2

Énoncé

Problème — Quelle taille donner à une réserve naturelle ?

En biogéographie, le nombre d'espèces qu'abrite un territoire de superficie (en km) est souvent décrit par un modèle logarithmique :

  • Calculer , , et .
  • Quelle superficie faut-il pour abriter espèces ? Et pour en abriter ?
  • Un gestionnaire souhaite un territoire n'abritant que espèces. Que répond le modèle ?
  • Démontrer que doubler la superficie ajoute toujours le même nombre d'espèces, et le calculer.
  • Calculer et interpréter.
  • Déterminer et interpréter.
  • Vaut-il mieux protéger une réserve de km ou deux réserves de km ?

Corrigé

  • ;   ;   ;  . Soit , , et espèces.
  • Résolution : km. De même, espèces exigent , soit km. Vérification : les deux valeurs sont supérieures à , donc dans le domaine de validité. Vingt espèces de plus coûtent douze fois plus de surface () : le prix de la biodiversité est exponentiel.
  • donne , soit km. Le calcul aboutit, mais : la valeur est hors du domaine de validité du modèle, et doit être rejetée. Le modèle ne dit rien des très petits territoires — un domaine mathématique n'est pas un domaine de validité.
  • Résolution : pour tout ,

d'après . Le gain ne dépend pas de : doubler la superficie ajoute toujours environ espèces, qu'on parte de km ou de .

  • : est strictement croissante, ce qui était attendu. Mais décroît vers : à , un kilomètre carré de plus apporte environ espèces ; à , il n'en apporte plus que . Le gain marginal s'effondre.
  • . Le premier terme tend vers , le second aussi d'après la croissance comparée du cours (résultat admis). Par somme, . La densité d'espèces passe de par km à pour : une grande réserve abrite plus d'espèces, mais chacun de ses kilomètres carrés en abrite moins.
  • Une réserve de km abrite espèces. Deux réserves de km en abritent chacune : si elles hébergent les mêmes espèces, le total reste , et la grande réserve l'emporte. Si au contraire leurs peuplements sont disjoints, le total peut monter jusqu'à . Le modèle logarithmique seul ne tranche donc pas le fameux débat des écologues entre « une grande » et « plusieurs petites » : il faut y ajouter le recouvrement des peuplements, que le modèle ignore.

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