Click here to load reader

FICHE DE TRAVAUX DIRIGES TLES C suites …collegelespigeons.e-monsite.com/medias/files/fiche-de...Club math du collège privé laic « les pigeons » sur TLES S suites exercices corrigés

  • View
    216

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of FICHE DE TRAVAUX DIRIGES TLES C suites...

  • Terminale S 1 F. Laroche Suites numriques exercices corrigs

    FICHE DE TRAVAUX DIRIGES TLES

    C,D,E

    STRUCTURE : suites

    EXERCICES CORRIGES

    Par Hugues SILA (http://sila.e-monsite.com)

    mail : [email protected]

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 2

    1. 1. QCM

    Rpondez par VRAI ou FAUX en JUSTIFIANT (sauf la question f. o il suffit de prouver).

    Soit (un) une suite gomtrique de premier terme u0 = 1 et de raison q ]0 ; + [.

    On note Sn = u0 + u1 + ... + un.

    Alors

    a. S'il existe n tel que un > 2000, alors q > 1.

    b. Si q < 1, alors il existe n tel que 0 < un < 2.

    c. Si q > 1, alors lim nSn= +

    +.

    d. Si lim 2nSn=

    +, alors

    1

    2q = .

    e. Si q = 2, alors S4 = 15.

    f. Dmontrer par rcurrence que 3 3 3 21 2 ... (1 2 3 ... )n n+ + + = + + + + .

    Correction

    a. Vrai, b. Vrai, c. Vrai, d. Vrai, e. Faux.

    1. 2.

    On considre la suite ( )n nu dfinie par 0 0u = , 1 1u = et, pour tout n ,

    2 11 2

    3 3n n nu u u+ += + .

    On dfinit les suites ( )n nv et ( )n nw par 1n n nv u u+= et 12

    3n n nw u u+= + .

    a. La suite ( )n nv est arithmtique.

    b. La suite ( )n nw est constante.

    c. Pour tout n , on a : ( )35n n n

    u w v= .

    d. La suite ( ) *n nu na pas de limite finie.

    Correction

    a. Faux : Si la suite nv est arithmtique, 1n nv v+ est constante :

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 3

    1 2 1 1 1 1 11 2 5 5 5

    ( ) ( ) 23 3 3 3 3n n n n n n n n n n n n n

    v v u u u u u u u u u u v+ + + + + + + = = + + = + = ;

    cest donc faux, mais nous gagnons une information intressante : 15 2

    3 3n n n nv v v v+ = + = ; nv est gomtrique de

    raison 2

    3 et de premier terme 0 1 0 1v = = do

    2

    3

    n

    nv =

    .

    b. Vrai : Recommenons :

    1 2 1 1 1 1 12 2 1 2 2 2

    03 3 3 3 3 3n n n n n n n n n n n

    w w u u u u u u u u u+ + + + + + + = + = + + = donc cest vrai. En plus on a

    0 1 02

    13n

    w w u u= = + = .

    c. Vrai : ( ) 1 13 3 2 3 5

    5 5 3 5 3n n n n n n n nw v u u u u u u+ +

    = + + = =

    . Ok !

    d. Faux : Remplaons pour calculer nu : 3 2

    15 3

    n

    nu =

    dont la limite est 3

    5.

    1. 3.

    Soient l un rel et ( )n nu une suite relle termes tous strictement positifs. Pour les questions a., b., c. on suppose que

    un converge vers l.

    a. l est strictement positif.

    b. Il existe n entier naturel tel que l soit une valeur approche de un 103 prs.

    c. La suite (ln )n nu converge vers ln(l).

    d. On suppose dans cette question que la suite ( )n nu vrifie pour tout entier naturel n, 1 lnn nu u+ = et que 0 1u u> . On

    ne suppose pas que la suite ( )n nu converge.

    La suite ( )n nu est dcroissante.

    Correction

    Question a b c d

    Rponse F V F V

    a. Si l pouvait tre ngative, il existerait des termes de un ngatifs partir dun certain rang ce qui est impossible.

    Par contre l peut tre nulle : par exemple les suites qn avec 0 < q < 1 convergent vers 0.

    b. La traduction de cette phrase est : il existe n tel que 310nu l ; cest la dfinition mme dune suite convergente :

    il existe N tel que pour tout n > N, n nu l kv o vn converge vers 0.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 4

    c. Supposons que un converge vers 0 alors la suite (ln )n nu convergerait vers . En fait cette suite divergerait.

    d. La fonction ln est croissante donc si 0 1u u> alors 0 1 1 2ln lnu u u u> > , etc. Par rcurrence on a 1n nu u +> donc bien

    dcroissante. Remarquez que si on avait 0 1u u< alors la suite aurait t croissante. En fait dans le cas dune suite

    1 ( )n nu f u+ = avec f croissante tout dpend de lordre des deux premiers termes.

    1. 4.

    On considre la suite complexe ( )n nz dfinie par 0 1z = et, pour tout entier n, 11

    2n ni

    z z++= . Pour n entier naturel, on

    appelle nM le point daffixe zn.

    a. La suite ( )n nz est une suite gomtrique de raison 1

    2.

    b. Quel que soit n entier naturel, les triangles 1n nOM M + sont rectangles.

    c. nM appartient laxe des abscisses si et seulement si n est un multiple de 4.

    d. Pour tout n entier naturel, ( )

    4

    2

    ni

    n n

    ez

    = .

    Correction

    Question a b c d

    Rponse F V V V

    a. On a 1 1 1 2

    2 4 4 2

    i+ = + = donc ( )n nz est une suite gomtrique de raison 2

    2.

    b. Il nous faut calculer 11

    11 12( , ) arg( ) arg arg

    0 1 2 4n n

    n n nn

    iz z i

    M O M Mz

    ++

    + = = = =

    , ainsi que

    11

    1( , ) arg( ) arg

    2 4n

    nnn

    z iOM OM

    z

    ++

    += = =

    . Le dernier angle vaut donc bien 2

    (on aurait pu calculer un seul angle mais

    aurait t moins amusant).

    c. On a videmment 4 401 2 2

    2 2 2

    n n nn i i

    ni

    z z e e + = = =

    donc nM appartient laxe des abscisses si

    44

    4

    kn k n k

    = = = .

    d. Avec la rponse au c. et en remarquant que 2 1

    2 2= , on retrouve bien

    ( )4

    2

    ni

    n n

    ez

    = .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 5

    1. 5.

    Le plan est rapport un repre orthonorm ( ; , )O i j

    . On considre dans ce repre les points A(1 ; 1), B(5 ; 3) et I le

    milieu de [AB]. Soit (G )n n la suite de points dfinie par :

    * G0 = O,

    * Pour n entier naturel, Gn+1 est le barycentre de {(Gn ; 2), (A ; 1), (B ; 1)}.

    On appelle (xn ; yn) les coordonnes de Gn.

    a. G1, G2 et G3 sont aligns.

    b. Quel que soit n, Gn+1 est limage de Gn par lhomothtie de centre I et de rapport 2.

    c. La suite ( )n nu dfinie par 3n nu x= est une suite gomtrique de premier terme 3 et de raison 1

    2.

    d. Pour tout n, 1

    3 12

    n nx =

    .

    Correction

    Question a b c d

    Rponse V F V V

    a. En utilisant le barycentre partiel on a Gn+1 barycentre de {(Gn ; 2), (I ; 2)}, soit le milieu de [GnI], tous les Gn sont donc

    aligns.

    b. Lhomothtie est bien de centre I mais de rapport 1/2. Les coordonnes de I sont (3 ; 2).

    c. En utilisant la dfinition dune homothtie : 'IM kIM=

    , on a 1

    1

    13 ( 3)

    21

    2 ( 2)2

    n n

    n n

    x x

    y y

    +

    +

    = =

    do 3n nu x= est gomtrique de

    raison 1/2, de premier terme 0 0 3 3u x= = .

    d. Avec ce quon a fait, 1 1

    ( 3) 3 3 12 2

    n

    n n nx x = =

    . On peut complter avec le calcul de yn :

    1 12 2 2 1

    2 2

    n

    n n ny y = =

    . Quand n tend vers linfini xn et yn tendent respectivement vers 3 et 2, soit Gn tend

    vers I (ce qui tait prvisible puisqu chaque itration on prend le milieu de [GnI]).

    1. 6.

    On considre une droite gradue dorigine O. On considre les suites de points (G )n n et (H )n n dfinies ainsi :

    * G0 = O,

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 6

    * Pour n entier naturel, Gn+1 est le barycentre de {(Gn ; 2), (Hn ; 3)},

    * H0 a pour abscisse 1,

    * Pour n entier naturel, Hn+1 est le barycentre de {(Gn ; 3), (Hn ; 2)}.

    On appelle gn et hn les abscisses respectives de Gn et Hn.

    a. La suite ( )n ng h est une suite gomtrique de raison 1

    5 .

    b. La suite ( )n ng h+ est une suite constante.

    c. Les deux suites gn et hn convergent vers la mme limite.

    d. Les suites gn et hn sont adjacentes.

    Correction

    Question a b c d

    Rponse V V V F

    a. Il faut videmment trouver les relations entre gn et hn.

    Gn+1 barycentre de {(Gn ; 2), (Hn ; 3)} nous donne

    1 1 1 12 3

    2( ) 3( ) 0 5 2 35 5n n n n n n n n n n

    g g g h g g h g g h+ + + + + = = + = + ;

    Hn+1 barycentre de {(Gn ; 3), (Hn ; 2)} nous donne

    1 1 1 13 2

    3( ) 2( ) 0 5 3 25 5n n n n n n n n n n

    h g h h h g h h g h+ + + + + = = + = + ;

    do 1 12 3 3 2 1

    ( )5 5 5 5 5n n n n n n n n

    g h g h g h g h+ + = + = .

    On peut alors calculer 0 01 1

    ( )5 5

    n n

    n ng h g h = =

    . Quelle est la signification gomtrique de ce rsultat ?

    b. 1 1 0 05 5

    ... 0 1 15 5n n n n n n

    g h g h g h g h+ ++ = + = + = = + = + = . Quelle est la signification gomtrique de ce rsultat ?

    c. Des deux relations prcdentes on tire un petit systme : ( 1 / 5)

    1

    nn n

    n n

    g h

    g h

    =

    + = do

    ( )( )

    11 ( 1/ 5)

    21

    1 ( 1 / 5)2

    nn

    nn

    g

    h

    = = +

    qui

    convergent toutes les deux vers 1

    2, soit le milieu de [G0H0].

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 7

    d. Cest du cours la condition de monotonie des deux suites nest pas respecte.

    On voit bien qu chaque itration la distance [GnHn] est divise par 5.

    H2G2H1 G1 10

    1. 7. QCM divers

    1. Pour tout rel x, xe dsigne limage de x par la fonction exponentielle.

    Affirmation 1. a. Pour tous les rels a et b strictement positifs, ( )ln ba ae b= .

    Affirmation 1. b. Pour tous les rels a et b strictement positifs, ( )ln ln lna b a b+ = + .

    Affirmation 1. c. La tangente en 1 la courbe de la fonction exponentielle a pour quation y ex= .

    2. Soit f une fonction numrique dfinie sur un intervalle ouvert I et soit a un lment de I.

    Affirmation 2. a. Si f est continue sur I, alors f admet une seule primitive sur I.

    Affirmation 2. b. Si f nest pas continue en a, alors f nest pas drivable en a.

    Affirmation 2. c. Si f nest pas drivable en a, alors la fonction

    ( ) ( )f a h f ah

    h

    + a une limite

    infinie en a.

    3. On considre deux suites ( )nu et ( )nv dfinies sur .

    Affirmation 3. a. Si ( )nu est monotone dcroissante et minore et ( )nv est monotone croissante et majore alors ( )nu et ( )nv convergent vers la mme limite.

    Affirmation 3. b. Si on a 1n n

    n na u u b+< < avec a et b dans lintervalle ] [0 ;1 alors nu converge.

    Affirmation 3. c. Si ( )nu converge, alors la suite ( )ln nu converge.

    Affirmation 3. d.

    Soit *n . On considre la fonction f dfinie sur ]1 ; + [ par : 11

    ( )1

    nxf x

    x

    +=

    .

    f est drivable sur ]1 ; + [ et pour tout x > 1, on a :

    f(x) = 1+2x + 3x2 + 4x3 + + nxn1.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 8

    Correction

    1. Pour tout rel x, xe dsigne limage de x par la fonction exponentielle.

    Affirmation 1. a. Vrai : ( ) ( )ln ln aba b ae e b= = .

    Affirmation 1. b. Faux : ( ) ( )ln ln ln lna b a b ab+ + = .

    Affirmation 1. c. Vrai : en 1, la tangente est ( )1 11y e x e ex e e ex= + = + = .

    2. Soit f une fonction numrique dfinie sur un intervalle ouvert I et soit a un lment de I.

    Affirmation 2. a. Faux : Si f est continue sur I, alors f admet une infinit de primitives sur I, toutes

    diffrentes dune constante.

    Affirmation 2. b. Vrai : Si f nest pas continue en a, on na pas f(a) et f nest pas drivable en a.

    Affirmation 2. c. Faux : pas forcment, on peut avoir des demi-tangentes.

    3. On considre deux suites ( )nu et ( )nv dfinies sur .

    Affirmation 3. a. Faux : il faudrait par exemple en plus que n nv u tende vers 0.

    Affirmation 3. b.

    Vrai : nu est croissante, et si on fait la somme des ingalits 1n n

    n na u u b+< < , on

    a 1 1

    1 0 0 1 0 01 1 1

    1 1 1

    n nk k

    n n

    k k

    a ba u u b u u u u

    a b b

    + +

    + + < < + < < + < +

    ; donc nu

    est borne.

    Affirmation 3. c. Faux : Si ( )nu converge vers 0, alors la suite ( )ln nu diverge.

    Affirmation 3. d. Vrai : 2 1( ) 1 ... '( ) 1 2 ...n nf x x x x f x x nx = + + + + = + + + .

    1. 8. ROC+exemples,

    4 points

    Cet exercice constitue une restitution organise de connaissances.

    PARTIE A : QUESTION DE COURS

    On suppose connus les rsultats suivants :

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 9

    (1) deux suites (un) et (vn) sont adjacentes lorsque : l'une est croissante, l'autre est dcroissante et un vn tend vers 0

    quand n tend vers + ;

    (2) si (un) et (vn) sont deux suites adjacentes telles que (un) est croissante et (vn) est dcroissante, alors pour tout n

    appartenant , on a n nu v ;

    (3) toute suite croissante et majore est convergente ; toute suite dcroissante et minore est convergente.

    Dmontrer alors la proposition suivante :

    Deux suites adjacentes sont convergentes et elles ont la mme limite .

    PARTIE B

    On considre une suite (un), dfinie sur dont aucun terme n'est nul.

    On dfinit alors la suite (vn) sur par 2

    nn

    vu

    = .

    Pour chaque proposition, indiquer si elle est vraie ou fausse et proposer une dmonstration pour la rponse indique.

    Dans le cas d'une proposition fausse, la dmonstration consistera fournir un contre exemple. Une rponse non

    dmontre ne rapporte aucun point.

    1. Si (un) est convergente, alors (vn) est convergente.

    2. Si (un) est minore par 2, alors (vn) est minore par 1.

    3. Si (un) est dcroissante, alors (vn) est croissante.

    4. Si (un) est divergente, alors (vn) converge vers zro.

    Correction

    PARTIE A : Deux suites adjacentes sont convergentes et elles ont la mme limite .

    On a n nu v et (vn) dcroissante donc 0...n nu v v do (un) est majore et converge vers l ; mme chose pour (vn) qui

    est dcroissante et minore par 0u et converge vers l.

    Comme un vn tend vers 0 quand n tend vers + , on a ' 0 'l l l l = = .

    Pour une premire ROC la difficult est raisonnable Inutile de raconter sa vie non plus !

    PARTIE B : (un) non nulle, 2

    nn

    vu

    = .

    1. Si (un) est convergente, alors (vn) est convergente :

    Faux : nimporte quelle suite convergente vers 0 ne marche pas, prendre par exemple 1/n.

    2. Si (un) est minore par 2, alors (vn) est minore par 1 :

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 10

    Vrai : 1 1 1 1 2 2

    2 12 2 2n nn n n

    u vu u u

    .

    3. Si (un) est dcroissante, alors (vn) est croissante :

    Faux ; 111 1

    2( )2 2 n nn n

    n n n n

    u uv v

    u u u u+

    ++ +

    = = ; si (un) est dcroissante, 1 10n n n nu u u u+ + , le numrateur est ngatif, si le

    dnominateur est positif, soit lorsque la suite (un) na que des termes positifs, (vn) est dcroissante.

    4. Si (un) est divergente, alors (vn) converge vers zro.

    Faux : une suite peut tre divergente sans tendre vers linfini, par exemple ( 1)nnu = diverge, de mme videmment

    que nv .

    Dans lensemble les questions ne sont pas trop compliques, la fabrication de contre-exemples est

    une bonne activit qui permet la comprhension des phnomnes en jeu. Il est vrai que ne pas

    connatre les rponses est dstabilisant, mais les correcteurs feront certainement preuve de

    comprhension.

    1. 9. Rcurrence 1,

    On considre la suite (un) dfinie par 0

    1

    1

    2 3n n

    u

    u u n+

    = = + +

    pour tout entier naturel n.

    1. Etudier la monotonie de la suite (un).

    2. a. Dmontrer que, pour tout entier naturel n, 2nu n> .

    b. Quelle est la limite de la suite (un) ?

    3. Conjecturer une expression de un en fonction de n, puis dmontrer la proprit ainsi conjecture.

    Correction

    1. 1 2 3n nu u n+ = + qui est videmment positif. un est croissante.

    2. a. Par rcurrence : 20 1 0u = > , la proprit est vraie au rang 0. Au rang n + 1 il faut montrer que 2 2

    1 ( 1) 2 1nu n n n+ > + = + + ; or si 2

    nu n> , alors 2

    1 2 3nu n n+ > + + qui est videmment suprieur 2 2 1n n+ + . Cest fini.

    b. Comme 2nu n> et que 2n tend vers + lorsque n tend vers +, un tend clairement vers +.

    3. On calcule les premires valeurs de un : 0 1 2 31, 1 2.0 3 4, 4 2.1 3 9, 9 2.2 3 16u u u u= = + + = = + + = = + + + = . On voit

    apparatre la suite des carrs des entiers avec un dcalage dun cran par rapport lindice ; il sagit donc de montrer que 2( 1)nu n= + : encore une rcurrence.

    2 2 2 21 ( 1) 2 3 2 1 2 3 4 4 ( 2)nu n n n n n n n n+ = + + + = + + + + = + + = + . Cest bon.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 11

    1. 10. Rcurrence 2,

    1. Soit la suite u dfinie par 0 11

    0,2n n

    u uu+

    = =

    .

    a. Claculer 1 2 3, ,u u u . On exprimera chacun des termes sous forme dune fraction irrductible.

    b. Comparer les quatre premiers termes de la suite u aux quatre premiers termes de la suite w dfinie par 1n

    nw

    n=

    +.

    c. A laide dun raisonnement par rcurrence, dmontrer que, pour tout entier naturel n, n nu w= .

    2. Soit v la suite dfinie par ln1n

    nv

    n = +

    .

    a. Monter que 1 2 3 ln 4v v v+ + = .

    b. Soit nS la somme dfinie pour tout entier n non nul par 1 2 ...n nS v v v= + + + . Exprimer nS en fonction de n. Dterminer

    la limite de nS lorsque n tend vers linfini.

    Correction

    1. a. On a 0 0u = , 11 1

    2 0 2u = =

    , 2

    1 2

    2 1/ 2 3u = =

    , 3

    1 3

    2 2 / 3 4u = =

    .

    b. On voit facilement que les termes de un sont ceux de 1n

    nw

    n=

    +.

    c. Par rcurrence (ainsi que demand) ; on vrifie au rang 0 : 00

    0, 01n

    u w= = = , ok.

    Supposons alors que n nu w= et montrons que 1 1n nu w+ += : ceci est quivalent 1 1

    2 2n

    n

    u n

    += +

    , soit

    2 2 2 2 22 2

    1 1 1 1n nn n n n n

    u un n n n

    + + + = = = =+ + + +

    . Tout va bien.

    2. a. 11

    ln2

    v =

    , 22

    ln3

    v =

    , 33

    ln4

    v =

    .

    On peut utiliser ln(a/b) = lna lnb : 1 2 3 ln 1 ln 2 ln 2 ln 3 ln 3 ln 4 ln 4v v v+ + = + + = ou bien

    ln(ab) = lna + lnb : 1 2 31 2 3 1 2 3 1

    ln ln ln ln ln ln 42 3 4 2 3 4 4

    v v v + + = + + = = =

    .

    b. 1 21 2 1

    ... ln ln ... ln ln2 3 1n n

    n nS v v v

    n n

    = + + + = + + + ++

    ,

    soit ln 1 ln 2 ln 2 ln 3 ... ln( 1) ln ln ln( 1)nS n n n n= + + + + + .

    Tous les termes intermdiaires disparaissent ; on a donc ln( 1)nS n= + qui tend videmment vers .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 12

    1. 11. Rcurrence 3,

    6 points

    Le graphique ci-dessous sera complt et remis avec la copie.

    Soit la fonction f dfinie sur lintervalle [0 ; 2] par 2 1

    ( )1

    xf x

    x

    +=+

    .

    1. tudier les variations de f sur lintervalle [0 ; 2]. Montrer que si [ ]1 ; 2x alors [ ]( ) 1 ; 2f x .

    2. (un) et (vn) sont deux suites dfinies sur par :

    u0 = 1 et pour tout entier naturel n, 1 ( )n nu f u+ = ,

    v0 = 2 et pour tout entier naturel n, 1 ( )n nv f v+ = .

    a. Le graphique donn en annexe reprsente la fonction f sur lintervalle [0 ; 2]. Construire sur laxe des abscisses les

    trois premiers termes de chacune des suites (un) et (vn) en laissant apparents tous les traits de construction.

    partir de ce graphique, que peut-on conjecturer concernant le sens de variation et la convergence des suites (un) et

    (vn) ?

    b. Montrer laide dun raisonnement par rcurrence que :

    Pour tout entier naturel n, 1 2nv .

    Pour tout entier naturel n, 1n nv v+ .

    On admettra que lon peut dmontrer de la mme faon que :

    Pour tout entier naturel n, 1 2nu .

    Pour tout entier naturel n, 1n nu u + .

    c. Montrer que pour tout entier naturel n, ( ) ( )1 1 1 1

    n nn n

    n n

    v uv u

    v u+ +

    =+ +

    .

    En dduire que pour tout entier naturel n, 0n nv u et ( )1 11

    4n n n nv u v u+ + .

    d. Montrer que pour tout entier naturel n, 1

    4

    n

    n nv u

    .

    e. Montrer que les suites (un) et (vn) convergent vers un mme rel . Dterminer la valeur exacte de .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 13

    Correction

    1. 2

    1'( ) 0

    ( 1)f x

    x= >

    + donc f est croissante ;

    3(1) 1

    2f = > et

    5(2) 2

    3f = < donc si [ ]1 ; 2x , [ ]( ) 1 ; 2f x .

    2. a. Visiblement la suite un est croissante, et converge vers le point dintersection entre la courbe de f et la droite

    (y = x), soit environ 1,6 ; de mme vn semble dcroissante et converger vers le mme point.

    0

    0,5

    1

    1,5

    0 0,5 1 1,5 2

    y

    x

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 14

    b. Pour n = 0, on a 0 2v = qui est bien dans lintervalle [1 ; 2] ; par ailleurs si 1 2nv alors comme f est croissante,

    1(1) ( ) (2) 1 2n nf f v f v + ; la proprit est toujours vraie.

    De mme on a 1 05

    (2)3

    v f v= = ; par ailleurs si 1 1 2 1( ) ( )n n n n n nv v f v f v v v+ + + + , etc.

    Remarquez que cest 1 05

    (2)3

    v f v= = qui entrane tous les autres termes derrire avec la complicit de la croissance de

    f. Pour nu cest pratiquement pareil, sauf que 1 0 03

    ( )2

    u f u u= = > et donc, etc.

    c. On nchappe pas au calcul :

    ( ) ( ) ( ) ( )1 12 1 2 1 2 2 1 2 2 1

    1 1 1 1 1 1n n n n n n n n n n n n

    n nn n n n n n

    v u u v v u u v v u v uv u

    v u v u v u+ ++ + + + +

    = = =+ + + + + +

    .

    1 1n nv u+ + est du signe de n nv u ; comme 0 0 2 1 0v u = > , par rcurrence on a 0n nv u ; on a

    1 11 1 2

    1 2n n nv v

    v> + > .

    d. tudier la monotonie de la suite u et donner sa limite.

    2. a. Soit n un entier naturel suprieur ou gal 1. Dmontrer que : 1

    2

    1 1 11

    9010 10

    n

    k nk

    +

    =

    =

    cest--dire que

    2 3 1

    1 1 1 1 1... 1

    9010 10 10 10n n+ + + + =

    .

    b. La suite v est dfinie par vn = 1,277 7. . .7 avec n dcimales conscutives gales 7.

    Ainsi v0 = 1,2, v1 = 1,27 et v2 = 1,277.

    En utilisant le 2. a. dmontrer que la limite de la suite v est un nombre rationnel r (cest--dire le quotient de deux

    entiers).

    3. La suite u dfinie au 1. et la suite v sont-elles adjacentes ? Justifier.

    Correction

    1. u0 = 2 et 11 23

    3 27n nu u+ = + .

    a. Construire sur laxe des abscisses les quatre premiers termes de la suite u.

    b. Si la suite u est convergente alors sa limite l est telle que 1 23 2 23 23

    3 27 3 27 18l l l l= + = = .

    c. Par rcurrence : 023

    218

    u = > .

    On suppose 23

    18nu > , alors 1

    1 23 1 23 23 23 46 69 23

    3 27 3 18 27 54 54 18n nu u+

    += + > + = = = CQFD.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 17

    d. 11 23 2 23

    3 27 3 27n n n n nu u u u u+ = + = + qui est positif lorsque

    2 23 23

    3 27 18n nu u > < , ce qui est faux donc nu est

    dcroissante. La suite est dcroissante, minore elle converge donc vers 23

    18l = .

    2. a. Somme des n premiers termes (de 2 n+1 il y a n termes) dune suite gomtrique de premier terme 2

    1 1

    10010= et

    de raison 1

    10 :

    1

    2

    11

    1 1 1 110 11100 9010 101

    10

    n n

    k nk

    +

    =

    = =

    .

    b. 0 1,2v = , 1 0 0 21

    0,07 710

    v v v= + = + , 2 1 0 2 31 1

    0,007 7 710 10

    v v v= + = + + , etc.

    On a donc 2 3 1

    1 1 1 1 11,2 7 ... 1,2 7 1

    9010 10 10 10n n n

    v+

    = + + + + = +

    . Lorsque n tend vers + , 1

    10n tend vers 0 et nv

    tend vers 7 12 7 115 23

    1,290 10 90 90 18

    + = + = = .

    3. u dcroissante et minore, v croissante et majore (vident) ; elles ont mme limite, elles sont adjacentes.

    1. 13. Barycentre 1,

    5 points

    PARTIE A

    tant donns deux points distincts A0 et B0 dune droite, on dfinit les points : A1 milieu du segment [A0B0] et B1

    barycentre de {(A0, 1) ; (B0, 2)}.

    Puis, pour tout entier naturel n, An+1 milieu du segment [AnBn] et Bn+1 barycentre de {(An, 1) ; (Bn, 2)}.

    1. Placer les points A1 , B1, A2 et B2 pour A0B0= 12 cm.

    Quelle conjecture peut-on faire sur les points An et Bn quand n devient trs grand ?

    2. On munit la droite (A0B0) du repre ( )0 ;A i

    avec 0 01

    12i A B=

    .

    Soit un et vn les abscisses respectives des points An et Bn. Justifier que pour tout entier naturel n strictement positif, on a

    1 2n n

    nu v

    u ++

    = et 12

    3n n

    nu v

    v ++

    = .

    PARTIE B

    On considre les suites (un) et (vn) dfinies par u0 = 0 ; v0 = 12 ; 1 2n n

    nu v

    u ++

    = et 12

    3n n

    nu v

    v ++

    = .

    1. Dmontrer que la suite (wn) dfinie par wn = vn un est une suite gomtrique convergente et que tous ses termes

    sont positifs.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 18

    2. Montrer que la suite (un) est croissante puis que la suite (vn) est dcroissante.

    3. Dduire des deux questions prcdentes que les suites (un) et (vn) sont convergentes et ont la mme limite.

    4. On considre la suite (tn) dfinie par tn = 2un + 3vn. Montrer quelle est constante.

    PARTIE C

    partir des rsultats obtenus dans les parties A et B, prciser la position limite des points An et Bn quand n tend vers

    + .

    Correction

    PARTIE A

    An+1 milieu du segment [AnBn] et Bn+1 barycentre de {(An, 1) ; (Bn, 2)}.

    1.

    A2

    B2

    B1A1 B0A0

    Mme quand n nest pas trs grand, les suites de points convergent vers un point qui semble tre peu prs au milieu

    de [A2B2].

    2. On a dans ce repre les abscisses suivantes : 0 0u = et 0 12v = .

    Si un et vn sont les abscisses des points An et Bn, on a 1 2n n

    nu v

    u ++

    = car An+1 est le milieu de [AnBn] et

    11. 2. 2

    1 2 3n n n n

    nu v u v

    v ++ +

    = =+

    car Bn+1 est le barycentre de {(An, 1) ; (Bn, 2)}.

    PARTIE B

    1. 1 1 12 2 4 3 3

    3 2 6 6n n n n n n n n n n

    n n n n n nu v u v u v u v v u

    w v u w v u+ + ++ + +

    = = = = = donc wn est une suite gomtrique

    de raison 1/6, donc convergente vers 0. Tous ses termes sont positifs car 01 12

    6 6n n n

    w w= = .

    2. 12 1

    02 2 2

    n n n n nn n n

    u v u v uu u w+

    + = = = > donc (un) est croissante ;

    12 3 1

    03 3

    n n nn n n

    u v vv v w+

    + = = < donc la suite (vn) est dcroissante.

    3. Comme 0nw > , on a n nu v< donc nu est croissante majoe, nv dcroissante minore, les suites (un) et (vn) sont

    convergentes et sont adjacentes car lim 0nn

    w

    = ; elles ont donc la mme limite.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 19

    4. 1 1 1 0 0 02

    2 3 2 3 2 2 3 ... 2 3 362 3

    n n n nn n n n n n n n n n

    u v u vt u v u v u v u v t t u v+ + +

    + += + = + = + + + = + = = = = + = .

    PARTIE C

    Comme nu et nv tendent vers la mme limite l, en remplaant dans tn on a :

    362 3 36 2 3 5 36

    5n n nt u v l l l l= + = + = = = .

    1. 14. Barycentre

    On considre les deux suites ( )nu et ( )nv dfinies, pour tout entier naturel n, par :

    0

    1

    3

    2n n

    n

    u

    u vu +

    =

    + = et

    0

    11

    4

    2n n

    n

    v

    u vv ++

    =

    + =.

    1. Calculer 1 1 2 2, , ,u v u v .

    2. Soit la suite ( )nw dfinie pour tout entier naturel n par n n nw v u= .

    a. Montrer que la suite ( )nw est une suite gomtrique de raison 1

    4.

    b. Exprimer nw en fonction de n et prciser la limite de la suite ( )nw .

    3. Aprs avoir tudi le sens de variation des suites ( )nu et ( )nv , dmontrer que ces deux suites sont adjacentes. Que

    peut-on en dduire ?

    4. On considre prsent la suite ( )nt dfinie, pour tout entier naturel n, par 2

    3n n

    nu v

    t+

    = .

    a. Dmontrer que la suite ( )nt est constante.

    b. En dduire la limite des suites ( )nu et ( )nv .

    Correction

    1. 2 10 0 1 0 1 11 1 2 27 15 29 59

    , , ,2 2 2 4 2 8 2 16

    u vu v u v u vu v u v

    ++ + += = = = = = = = .

    2. a. 1 11 1 12 12

    2 2 2 2 4 4 4

    n nn

    n n n n n n n n n n nn n n n

    u vu

    u v u v u u u v u v uw v u w+ ++ + +

    ++ + +

    = = = = = = = .

    b. 0 0 0 4 3 1w v u= = = donc 1 1

    1.4 4

    n n nw = = ; sa limite est videmment 0.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 20

    3. On a vu que 1 1 02n n

    nu u

    w+ +

    = > donc nu est croissante ; par ailleurs 0n n nw v u= > donc n nu v> ; enfin

    1 1 11 1 1 1 1

    ( ) ( ) ( ) 02 2 2 2 2 4

    n nn n n n n n n n n n

    u vv v u v v u v v u v+ + +

    + = + = = = < donc nv est dcroissante.

    Il reste montrer que lim( ) 0n nn

    u v

    = or cest justement la limite de nw . Les suites ( )nu et ( )nv convergent donc vers la

    mme limite (inconnue pour linstant).

    4. a. ( )1 1 112 1 1 1

    2 23 3 2 2 3 2 2 3

    n n n n n n n n n nn n n n n

    u v u v u v u v u vt v u v t+ + ++

    + + + + + = = + = + + = + =

    . On a donc

    0 01 7

    ( )3 3n

    t u v= + = .

    b. Les suites ( )nu et ( )nv ont mme limite l donc linfini, en remplaant dans nt : 7 1 7

    ( 2 )3 3 3

    l l l= + = .

    1. 15. Une exponentielle,

    6 points

    Pour tout entier naturel n, on pose 10

    2n n

    nu = . On dfinit ainsi une suite ( )n nu .

    1. Prouver, pour tout entier naturel n non nul, lquivalence suivante :

    1 0,95n nu u+ si et seulement si 101

    1 1,9n

    +

    .

    2. On considre la fonction f dfinie sur [1 ; [+ par 101

    ( ) 1f xx

    = +

    .

    a. Etudier le sens de variation et la limite en + de la fonction f.

    b. Montrer quil existe dans lintervalle [1 ; [+ un unique nombre rel tel que ( ) 1,9f = .

    c. Dterminer lentier naturel 0n tel que 0 01n n .

    d. Montrer que, pour tout entier naturel n suprieur ou gal 16, on a : 101

    1 1,9n

    +

    .

    3. a. Dterminer le sens de variation de la suite ( )nu partir du rang 16.

    b. Que peut-on en dduire pour la suite ?

    4. En utilisant un raisonnement par rcurrence, prouver, pour tout entier naturel n suprieur ou gal 16,

    lencadrement : 16 160 0,95n

    nu u . En dduire la limite de la suite ( )n nu .

    Correction

    1. On remplace, on simplifie et on a ce qui est demand :

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 21

    10 1010 1010

    1 1 10

    ( 1) ( 1) 2 .2 1 10,95 0,95 0,95 1, 9 1 1,9

    2 2 2

    n

    n n n n n

    n nn nu u

    n nn+ +

    + + + +

    .

    2. a. 101

    ( ) 1f xx

    = +

    ; 9 9

    2

    1 1 1 1'( ) 10 1 1 10 1 0f x

    x x xx

    = + + = + 0) dfinie par : !

    n n

    nn e

    un

    = .

    1. Donner des valeurs approches de 1 2 3, ,u u u 102 prs.

    2. a. Soit g la fonction dfinie sur [0 ; 1] par 2

    ( ) ln(1 )4

    tg t t t= + + . En utilisant les variations de g, dmontrer que pour

    tout t de [0 ; 1] on a : 2

    ln(1 )4

    tt t+ .

    b. En dduire que pour tout n > 0, on a 1

    1411

    nne

    n

    +

    (on pourra poser t = 1/n).

    3. a. Dmontrer que pour tout entier n > 0 on a 1

    1 4n n

    n

    ue

    u

    + .

    b. En dduire que pour tout entier n suprieur ou gal 2 on a : 1 1 1 1

    1 ... 14 1 2 2n n

    nu e + + + + .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 22

    4. a. Par des considrations daire montrer que pour tout entier n suprieur ou gal 2 on a :

    1

    1 1 1 1 11 ...

    2 3 2 1

    n

    dtt n n

    + + + + + .

    b. En dduire que que pour tout entier n suprieur ou gal 2 on a : 1

    1 ln4

    n

    nu e

    . Quelle est la limite de la suite ( )nu ?

    Commentaire : on explore ici un moyen dapprocher n! : comme un tend vers 0, on peut se dire quen multipliant par

    quelque chose de la forme Kn la limite peut devenir 1. Ceci donnerait alors un quivalent de n! de la forme nn

    Kne

    .

    En loccurrence a marche, il sagit de ( )1

    22 2n n = : ! 2nn

    n ne

    .

    Correction

    1. 1 2 30, 3679, 0, 2707, 0, 2240u u u .

    2. a. 2

    ( ) ln(1 )4

    tg t t t= + + ;

    2 2 ( 1)1 2 2 2( ) 1 0

    1 2 2(1 ) 2(1 ) 2(1 )

    t tt t t t t tg t

    t t t t

    + + = + = = = donc bn > an.

    11 1 1

    ( 2 ) ( ) 03 3 3n n n n n n n n

    b b a b b b a u+ = + = = < donc (bn) est dcroissante.

    11 1 1

    (2 ) ( 03 3 3n n n n n n n n

    a a a b a b a u+ = + = = > donc (an) est croissante.

    Graphiquement cela se traduit par le fait que la suite des points An avance vers la droite alors que la suite des points Bn

    se dplace vers la gauche mais les points An demeurent en permanence gauche des points Bn.

    4. Montrons que (an) et (bn) sont adjacentes : (bn) est dcroissante, (an) est croissante, 1

    lim( ) lim(6 )3

    n n nb a = = 0 car la

    limite dune suite gomtrique de raison r telle que 1r < est 0, donc les suites (an) et (bn) sont adjacentes.

    5. n n nv a b= + donc 1 1 11 1

    (2 ) ( 2 )3 3n n n n n n n n n n

    v a b a b a b a b v+ + += + = + + + = + = donc (vn) est constante : le milieu du segment

    [AnBn] est In dabscisse 2

    n nn

    a bi

    += = 2nv = 0

    2

    v car (vn) est constante donc le milieu de [AnBn] est constant et est la point I

    dabscisse 4 car 0 1 7 8v = + = .

    6. Les suites (an) et (bn) sont respectivement croissante et dcroissante et bn > an donc

    0 01 7n na a b b= = ;

    (an) est croissante et majore par 7 donc (an) converge.

    (bn) est dcroissante et minore par 1 donc (bn) converge.

    De plus ces deux suites sont adjacentes donc elles convergent vers la mme limite L.

    En utilisant la suite constante (vn) telle que vn = 8n na b+ = et par passage la limite : lim lim 8n na b+ = donc L + L = 8

    donc L = 4.

    Gomtriquement, cela se traduit par le fait que les suites de points (An) et (Bn) vont se rapprocher du point I(4), lune

    par la gauche, lautre par la droite.

    1. 18. Suites adjacentes : calcul de la racine carre

    On considre les suites (un) et (vn) dfinies sur par u0 = 3 et les relations :

    ++=1 2

    n nn

    u vu et =

    7n

    n

    vu

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 25

    1. Calculer v0, u1, v1, u2, v2, u3 et v3. Donner l'approximation de u3 et v3 lue sur la calculatrice.

    2. Justifier par rcurrence que pour tout n de , un > 0 et vn > 0.

    3. a. Dmontrer que quel que soit n de , ( ) ( )+ = 2 228n n n nu v u v .

    b. En dduire que ( )+ ++

    = 21 11

    1

    4n n n nnu v u v

    u.

    c. Conclure que quel que soit n on a 0n nu v .

    4. En saidant de la question 3. c., prouver que la suite (un) est dcroissante et que la suite (vn) est croissante.

    5. a. Dmontrer que quel que soit n de *, 21

    8nu .

    b. Utiliser le rsultat prcdent pour dmontrer que ( )+ + 21 11

    10n n n nu v u v .

    c. En dduire, l'aide d'un raisonnement par rcurrence que

    2 1

    1

    10n n n

    u v .

    d. Dterminer la limite de un vn lorsque n tend vers + .

    6. Conclure que les suites (un) et (vn) sont adjacentes et dterminer leur limite commune.

    7. Justifier que u3 est une approximation de 7 107 prs.

    8. Proposez une mthode gnrale pour trouver une valeur approche de a o a est un rel quelconque positif.

    Cette mthode est celle utilise par le mathmaticien grec Hron (1er

    sicle) pour dterminer une approximation des

    racines carres.

    Correction

    1. = =00

    7 7

    3v

    u ;

    ++= = = =0 01

    73 16 83

    2 2 6 3

    u vu ; = = =1

    1

    7 7 218 83

    vu

    ; ++ += = = =1 12

    8 2164 63 1273 8

    2 2 48 48

    u vu ; = = =2

    2

    7 7 336127 12748

    vu

    ; ++

    = = = 2 23

    127 3363225748 127 2,64575

    2 2 12192

    u vu ; = = = 3

    3

    7 7 853442,64575

    32257 3225712192

    vu

    .

    Il semble que les suites tendent vers 2,64575... et que la convergence soit trs rapide.

    2. Pn : un > 0 et vn > 0.

    P0 : u0 = 3 > 0 et v0 = 7/3 > 0 : P0 est vrifie.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 26

    Supposons Pn vraie : ++= >1 02

    n nn

    u vu puisque un et vn sont positifs, et bien sr il en rsulte que +

    += >1

    1

    70n

    n

    vu

    . On a

    bien, quel que soit n de , un > 0 et vn > 0.

    3. a. ( ) ( ) ( ) ( )+ = + = = = =2 2 2 2 728 28 2(2 ) 28 7n n n n n n n n n n n n nn

    u v u v u v u v u v u v vu

    .

    3. b. ( ) ( )( ) ( )+ + +

    + = + =

    22 2

    1 1 1

    1 1 128 7

    4 4 4n n

    n n n nn n n

    u vu v u v

    u u u

    ( )+ + + ++ +

    = = = 21 1 1 11 1

    1 77 .n n n n

    n n

    u u u vu u

    3. c. De l'galit prcdente, on conclut que un+1 vn+1 est strictement positif quel que soit n, c'est--dire en remplaant

    n+1 par n, on a un vn positif pour 1n . Il faut vrifier que l'ingalit est aussi vraie pour n = 0 : = = >0 07 2

    3 03 3

    u v .

    On a bien un vn > 0 ou encore un > vn.

    4. ++ + = = = 11

    1 1

    7( )7 70n nn n

    n n n n

    u uv v

    u u u u car un+1 un < 0 et

    un > 0 quel que soit n. La suite (un) est bien dcroissante et la suite (vn) est croissante.

    5. a. On sait que un > vn or la suite vn est croissante, donc vn > v1, on a donc : > > =121

    8n nu v v .

    5. b. Par quivalence :

    ( ) ( ) ( )+ + + ++ +

    2 2 21 1 1 11 1

    1 1 1 1 1 54 10

    10 4 10 4 10 2n n n n n n n n n nn nu v u v u v u v u u

    u u. Or on sait que

    > >21 58 2n

    u d'o le rsultat.

    5.c. On veut montrer par rcurrence la proprit Pn :

    2 1

    1

    10n n n

    u v .

    Vrifions P0 :

    = < =0 0 02 12 1

    13 10

    u v , ok.

    Dmontrons Pn+1 :

    ( )+ + +

    = = = =

    22

    1 1 2 12 1 (2 1) 2 2 2 2 2 12 1

    1 1 1 1 1 1 1 1 1

    10 10 10 1010 10 10 10 10 1010n n n n n n n nn

    u v u v .

    5. d. On a

    2 1

    10

    10n n n

    u v et on sait que +

    =2 1

    1lim 0

    10nn

    , donc+

    =lim ( ) 0n nn

    u v (gendarmes).

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 27

    6. Les suites (un) et (vn) sont adjacentes, elles sont donc convergentes vers la mme limite . Celle-ci vrifie la relation

    ++

    = = =27 7lim 7limnn n

    n

    v l lu l

    ; or l >0 donc = 7l .

    7. = = 73 3 3 8 12 1

    1 110

    1010u v : la rapidit de la convergence est impressionnante puisqu chaque itration on gagne

    un facteur environ + 1210

    n. En fait on double le nombre de dcimales chaque coup

    On se trouve en prsence d'une convergence dite quadratique.

    8. Pour trouver a , il suffit de faire la mme chose avec ++=1 2

    n nn

    u vu et =n

    n

    av

    u puisque si (un) et (vn) sont adjacentes,

    elles ont mme limite l telle que = =2al l al

    . Les dmonstrations prcdentes peuvent se faire de manire identique,

    a marche bien.

    Lalgorithme prsent ici dbouche sur bon nombre de problmes dont certains sont trs actuels : on lutilise par

    exemple pour calculer les dcimales de , cest lalgorithme de Brent et Salamin. Il sagit essentiellement de lalgorithme de la moyenne arithmtico-gomtrique tudi par Lagrange puis par Gauss au 19me sicle.

    1. 19. Suites adjacentes : aire sous une courbe

    Etude de laire sous une courbe laide de suites

    Objectifs :

    Comprendre comment on peut encadrer laire sous une courbe par deux suites, comprendre les notations associes,

    savoir crire le terme gnral des suites, prouver quelles ont laire comme limite commune (lexistence de laire est ici

    admise).

    Application deux exemples.

    Remarques :

    Lnonc ci-dessous est un peu long pour tre propos tel quel une classe. Par contre, il est possible den exploiter des

    parties avec des lves sous la forme dun TP encadr et comment (surtout pour les notations) par le professeur .

    f est une fonction continue monotone positive dfinie sur [0 ; 1] et (C) est la courbe reprsentant f dans un repre

    orthonormal ( ) ; ,O i j . On note A le point tel que = OA i .

    On sintresse laire A du domaine D dlimit par la courbe (C), laxe des abscisses et les droites dquations x = 0 et x

    = 1.

    Pour approcher A, on utilise les suites u et v dfinies ainsi :

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 28

    - le segment [OA] est partag en n segments de mme longueur (n 1) ;

    - conformment aux figures ci-dessous, on construit :

    * les n rectangles , 0 1k k nR situs sous la courbe (C), ayant comme base un des segments de la subdivision et

    un sommet sur la courbe (C) ;

    * les n rectangles , 0 1k k nS contenant la courbe (C), ayant comme base un des segments de la subdivision et

    un sommet sur la courbe (C);

    - un est la somme des aires des n rectangles , 0 1k k nR ;

    - vn est la somme des aires des n rectangles , 0 1k k nS ;

    La monotonie de f assure que : n nu vA pour tout 1n .

    Figure 1 Figure 2

    Partie A - Etude des notations

    1. On note A0 = O et A1, A2, , An les points de [OA] correspondant sa subdivision en n segments de mme longueur.

    a. Sur les figures 1 et 2 ci-dessus o n = 5, placer les points Ak pour { } 0,1, ... ,5k .

    b. On reprend n quelconque. Quel point de la suite est confondu avec A ?

    c. Quelle est la longueur dun segment [AkAk +1], { } 0,1, ... , 1k n ?

    d. Quelle est labscisse du point Ak , { } 0,1, ... ,k n ?

    2. On note B0, B1, B2, , Bn les points de (C) dabscisses respectives 0, 1

    n,

    2

    n, , 1.

    o A o A

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 29

    a. Sur les figures 1 et 2 ci-dessus o n = 5, placer les points Bk pour { } 0,1, ... ,5k .

    On reprend n quelconque. Quelles sont les coordonnes de Bk , { } 0,1, ... ,k n ?

    3. Sur les figures 1 et 2 ci-dessus :

    a. Indiquer les rectangles Rk et Sk pour { } 0,1, ... ,4k .

    b. Colorier la surface correspondant laire un.

    c. Dans une couleur diffrente de celle du b. colorier la surface correspondant vn un.

    Partie B Etude des suites u et v

    1. Dans cette question, on suppose que f est croissante sur [0 ; 1] (figure 1).

    a. Prouver que = 1

    ( (1) (0))n nv u f fn (on pourra par exemple empiler tous les petits rectangles coloris pour vn - un ).

    b. Quelle est la hauteur du rectangle Rk pour { } 0,1, ... , 1k n ?

    c. Quelle est laire du rectangle Rk ? En dduire une criture de un .

    2. Dans cette question, on suppose que f est dcroissante sur [0 ; 1] (figure 2).

    a. Prouver que = 1

    ( (0) (1))n nv u f fn.

    b. Quelle est la hauteur du rectangle Sk pour { } 0,1, ... , 1k n ?

    c. Donner une criture de vn .

    3. Prouver que les suites u et v convergent vers A (on pourra encadrer A un , puis A - vn laide de lingalit

    n nu vA ).

    Partie C Un exemple o f est dcroissante

    f est la fonction dfinie sur [0 ; 1] par =+1

    ( )1

    f xx

    et (C) est sa courbe reprsentative dans un repre orthonormal

    ( ) ; ,O i j (unit graphique : 10 cm).

    1. Faire une figure dans le cas n = 5. Placer (C), les points Ak et Bk pour { } 0,1, ... ,k n , ainsi que les rectangles Rk et Sk pour { } 0,1, ... , 1k n .

    2. A laide de la question B. 2. c. vrifier que pour tout = + + + + ++ +

    1 1 1 1 11, ...

    1 2 2 - 2 2 -1nn v

    n n n n n.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 30

    3. A laide de la question B. 2. a. en dduire que = + + + + ++ + +1 1 1 1 1

    ... 1 2 3 2 -1 2n

    un n n n n

    .

    4. Pour quelle valeur minimale de n, un et vn donnent-ils un encadrement de A damplitude 0,01 ?

    Calculer les un et vn correspondants laide dune calculatrice programmable ou dun logiciel.

    Partie D Un exemple o f est croissante

    f est la fonction dfinie sur [0 ; 1] par = 2( )f x x et (C) est sa courbe reprsentative dans un repre orthonormal ( ) ; ,O i j (unit graphique : 10 cm).

    1. Faire une figure dans le cas n = 5. Placer (C), les points Ak et Bk pour { } 0,1, ... ,k n , ainsi que les rectangles Rk et Sk pour { } 0,1, ... , 1k n .

    2. Prouver que laire du rectangle Rk est gale 2

    3

    k

    n.

    3. Vrifier que pour tout = + + +2 2 23

    11, (1 2 ... ( -1) )nn u n

    n.

    4. A laide de lgalit

    + ++ + = 2 2 2 ( 1)(2 1)1 2 ... pour 16

    n n nn n ,

    prouver que pour tout 1n ,

    =2

    ( -1)(2 -1)

    6n

    n nu

    n.

    En dduire la limite de la suite u.

    5. A laide de la question B. 1. a. exprimer vn en fonction de un et en dduire la limite de la suite v.

    6. Conclure : quelle est laire A ?

    Correction

    A. 1. A = An ; AkAk +1 = 1

    n ; abscisse de Ak =

    k

    n.

    2. Coordonnes de Bk :

    ;k k

    fn n

    .

    B. 1. vn - un est la somme des aires des petits rectangles coloris sur la figure. En empilant ces rectangles, on obtient

    un rectangle de base 1

    n et de hauteur f(1) f(0). Donc =

    1( (1) (0))n nv u f fn

    .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 31

    Hauteur de Rk =

    kf

    n ; aire de Rk =

    1 kf

    n n. un = aire de R0 + aire de R1 + + aire de Rn1 =

    1 0f

    n n+

    1 1f

    n n+

    1 1nf

    n n=

    =

    =

    1

    0

    1k n

    k

    kf

    n n.

    2. En empilant les rectangles correspondant vn un , on obtient un rectangle de base 1

    n et de hauteur (0) (1)f f .

    Donc = 1

    ( (0) (1))n nv u f fn.

    Hauteur de Sk =

    kf

    n ; aire de Sk =

    1 kf

    n n. vn = aire de S0 + aire de S1 + + aire de Sn1 =

    1 0f

    n n+

    1 1f

    n n+

    1 1nf

    n n=

    =

    =

    1

    0

    1k n

    k

    kf

    n n.

    3. un A vn donc 0 A un vn un et un vn A vn 0 .

    Or = 1

    (0) (1)n nv u f fn donc

    + =lim 0n n

    nu v . Par consquent, daprs le thorme des gendarmes ,

    + =lim 0n

    nuA et

    + =lim 0n

    nvA . Do

    + += =lim limn n

    n nu v A .

    C. 1.

    2. Aire de Sk =

    1 kf

    n n=

    +=

    +1 1

    1

    1knn

    k n donc vn = aire de S0 + aire de S1 + + aire de Sn1 =

    + + + + ++ + + +

    1 1 1 1 1 ...

    1 2 2 1n n n n n n n= + + + + +

    + +1 1 1 1 1

    ... 1 2 2 - 2 2 -1n n n n n

    .

    = 1( (0) (1))n nv u f fn= =

    1 1 11

    2 2n n.

    Donc = 1

    2n nu v

    n = + + + + +

    + +1 1 1 1 1 1

    ... 1 2 2 - 2 2 -1 2n n n n n n

    = + + + + ++ + +1 1 1 1 1

    ... 1 2 3 2 -1 2n n n n n

    .

    o A

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 32

    3. = 12n n

    v un

    et =1 0,012n

    pour n = 50.

    Excel donne 50 0,688172179u et 50 0,698172179v .

    Remarques

    * Evidemment A= ln 2, mais deux sommes de n termes (un et vn) ne donnent un encadrement de A que damplitude 1

    2n.

    Ce nest pas trs efficace(croissance trs lente de la srie harmonique) pour calculer ln 2.

    * En fait, les suites u et v sont adjacentes, mais il est assez pnible de prouver que u est croissante et que v est

    dcroissante :

    ( )+ = + + + + + + + + + ++ + + + + + + + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ... ... 2 3 4 2( 1) - 1 2( 1) 1 2 3 2 1 2n nu u n n n n n n n n n n = + + + +

    + = =+ + + + + + +

    1 1 1 2( 1) (2 1) 2(2 1) 1

    2 1 2 2 1 2( 1)(2 1) 2( 1)(2 1)

    n n n

    n n n n n n n > 0.

    ( )+ = + + + + + + + + + ++ + + + + + + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ... ... 1 2 3 2( 1) - 2 2( 1) - 1 1 2 2 - 2 2 - 1n nv v n n n n n n n n n n = ( ) ( )+ + + + + + + + + ++ + + + + +1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ... ... 1 2 3 2 2 1 1 2 2 - 2 2 - 1n n n n n n n n n n = + + ++ = = + + +1 1 1 (2 1) 2 2(2 1) 12 2 1 2 (2 1) 2 (2 1)n n nn n n n n n n < 0.

    Cest donc long et nous avons vu que le seul intrt de prouver que les suites sont adjacentes est que cela permettrait

    dtablir lexistence de laire.

    D. 1.

    2. Aire de Rk =

    1 kf

    n n=

    =

    2 2

    3

    1 k k

    n n n.

    3. un = aire de R0 + aire de R1 + + aire de Rn1 = + + +

    2 2 2

    3 3 3

    0 1 ( 1)...

    n

    n n n= + + + 2 2 2

    3

    1(1 2 ... ( 1) )n

    n.

    o

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 33

    4. + ++ + = 2 2 2 ( 1)(2 1)1 2 ... pour tout 1

    6

    n n nn n . Donc

    +=

    3

    ( 1) (2( 1) 1)1

    6nn n n

    un

    =

    2

    ( 1)(2 1)

    6

    n n

    n.

    5. + +

    = =2

    2

    2 1lim lim

    36n

    n n

    nu

    n.

    Pour tout 1n , ( ) = =1 1(1) (0)n nv u f fn n , donc = +1

    n nv u n, do

    + += = 1lim lim

    3n nn nv u .

    6. Comme n nu vA et + += = 1lim lim

    3n nn nv u , on en dduit = 1

    3A .

    Remarque

    Ici aussi, les deux suites u et v sont adjacentes. Pour le dmontrer, il faudrait tablir que u est croissante et que v est

    dcroissante.

    Cest faisable car pour 1n , ++ =

    +

    2

    1 2 2

    3 1

    6 ( 1)n n

    n nu u

    n n> 0 et +

    =+

    2

    1 2 2

    3 5 1

    6 ( 1)n n

    n nv v

    n n< 0, mais les calculs sont difficiles. De

    plus, ici, cest tout fait inutile car la convergence des suites u est v vers un mme nombre est immdiate et prouve

    donc lexistence de laire, dont on obtient en plus la valeur exacte.

    1. 20. Suites adjacentes : le principe de la dichotomie

    Le principe de la dichotomie

    * On admet la proprit des suites adjacentes : Si u est une suite croissante et v une suite dcroissante telles que

    (v u) converge vers 0, alors u et v convergent vers une mme limite l.

    On en dduit que l est lunique rel tel que pour tout n , n nu l v .

    * Mthode de dichotomie :

    I0 est un intervalle ferm born. On le partage en deux intervalles ferms de longueurs gales I et I'.

    On choisit l'un d'entre eux not I1 , sur lequel on effectue nouveau cette opration.

    On construit ainsi par rcurrence une suite ( )n nI d'intervalles.

    * Il sagit de prouver quil existe un unique rel appartenant tous les intervalles In.

    Preuve :

    On dfinit deux suites a et b :

    Pour tout n , on note = [ ; ]n n nI a b (avec n na b ), +=2

    n nn

    a bc , =' [ ; ]n n nI a c et =

    " [ ; ]n n nI c b .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 34

    Si on choisit + ='

    1n nI I , alors + =1n na a et ++=1 2

    n nn

    a bb , sinon on choisit + =

    "1n nI I , et donc +

    +=1 2n n

    na b

    a et + =1n nb b .

    On prouve que les deux suites a et b sont adjacentes :

    * Pour tout n , + + =1 1 2

    n nn n

    b ab a , donc la suite (b a) est gomtrique, de raison

    1

    2. Elle converge donc vers 0.

    * Pour tout n , + 1n nI I , donc + + 1 1n n n na a b b . Par consquent, a est croissante et b est dcroissante .

    * Les deux suites a et b sont donc adjacentes.

    Consquences :

    Les deux suites a et b convergent vers une limite commune l et l est lunique nombre rel tel que pour tout n , n na l b , cest dire nl I .

    Dmonstration du thorme de la convergence monotone laide de la mthode de dichotomie :

    * On a dj prouv que si une suite dintervalles = [ ; ]n n nI a b a t construite par dichotomie, les deux suites a et b

    convergent vers un mme rel l.

    * Il sagit de dmontrer que toute suite croissante majore est convergente.

    Preuve

    Soit ( )n nu une suite croissante et majore par un rel M. On construit par rcurrence la suite dintervalles ( )n nI

    dfinie ainsi :

    * =0 0[ ; ]I u M ;

    * Pour tout n , on note = [ ; ]n n nI a b , +=2

    n nn

    a bc , =' [ ; ]n n nI a c et =

    " [ ; ]n n nI c b . Si "nI contient un terme de la suite u,

    alors + ="

    1n nI I sinon + ='

    1n nI I .

    La suite dintervalles N( )n nI ayant t construite par dichotomie, les deux suites a et b convergent vers un mme rel l.

    Par rcurrence, chaque intervalle nI contient tous les termes de la suite u partir dun certain rang pn :

    * =0 0[ ; ]I u M contient tous les termes de la suite u partir du rang 0 = p0.

    * Supposons que nI contienne tous les termes de la suite u partir dun certain rang pn. Alors :

    - ou bien "nI contient un terme up de u, donc + ="

    1n nI I ; comme u est croissante, 'nI contient au plus les termes un pour

    {0, 1, ... , 1}n p . Donc +1nI contient les mmes termes de u que nI , sauf peut-tre certains des p premiers, et par

    consquent contient tous les termes de la suite u partir dun certain rang pn+1 ;

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 35

    - ou bien "nI ne contient pas de terme de u, donc + ='

    1n nI I . Dans ce cas, +1nI contient les mmes termes de u que nI ,

    donc tous partir du rang pn = pn+1.

    * Par consquent, chaque intervalle nI contient tous les termes de u partir dun certain rang pn.

    On maintenant prouve que la suite u converge vers l :

    Soit I un intervalle ouvert contenant l.

    Comme + +

    = =lim limn nn n

    l a b , il existe un rang N pour lequel aN et bN sont dans I, donc NI I .

    Or NI contient tous les termes de la suite u partir dun certain rang pN. A partir de ce rang, tous les termes de la suite

    u sont aussi dans I. Donc la suite u converge vers l.

    1. 21. Ln et mthode de Newton-Raphson, Asie 2000

    11 points

    Partie A : tude dune fonction

    On considre la fonction f dfinie sur [0 ; + [ par : ( ) ln1 xf xx

    = + .

    Soit (C) la courbe reprsentative de f dans le plan rapport un repre orthonormal ( ; , )O i j

    ; unit graphique : 5 cm.

    1. Calculer les limites de f en 0 et en + . Dterminer les asymptotes de (C).

    2. tudier le sens de variation de f. Dresser le tableau de variation de f.

    3. Montrer que lquation ( ) 0f x = admet sur l intervalle 1 ; 1e

    une solution unique, note .

    Dterminer un encadrement de damplitude 102.

    Donner, suivant les valeurs de x, le signe de ( )f x sur ]0 ; + [.

    4. Tracer la courbe (C).

    Partie B : Calcul daire

    1. Dterminer une quation de la tangente (D) (C) au point dabscisse 1.

    2. a. Soit la fonction dfinie, pour tout x > 0, par : ( ) 2 lnx x x x = + . Calculer ( )x .

    En dduire le sens de variation de , puis le signe de ( )x , sur lintervalle ]0 ; + [.

    b. Montrer que, pour tout x > 0, ( ) ( )xf x xx

    = .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 36

    c. En dduire la position relative de (C) et de (D).

    3. On considre le domaine limit sur le graphique par laxe des abscisses, la courbe (C) et la tangente (D).

    a. Hachurer ce domaine.

    b. Soit A son aire, en cm2. crire la valeur exacte de A comme expression polynomiale du second degr en .

    Partie C : tude dune suite

    Soit x0 un rel appartenant lintervalle 1

    ;e

    . On note M0 le point de (C) dabscisse x0.

    1. a. Donner une quation de la tangente (T0) (C) en M0, en fonction de x0, ( )0f x et ( )0'f x .

    b. Soit x1 labscisse du point dintersection de (T0) avec laxe des abscisses.

    crire x1 en fonction de x0, ( )0f x et ( )0'f x .

    2. On considre la fonction h dfinie sur 1

    ;e

    par : ( ) ( )( )

    f xh x x

    f x=

    . (On remarquera que h(x0) = x1).

    a. Montrer que ( ) ( ) ( )( ) 2

    f x f xh x

    f x

    =

    .

    b. Calculer ( )f x et tudier son signe sur 1 ;e

    .

    c. En dduire que h est strictement croissante sur 1

    ;e

    , puis montrer que 1x < .

    d. En crivant ( ) ( )( )f x

    h x xf x

    =

    , tudier le signe de ( )h x x sur 1 ;e

    . En dduire que 0 1

    1x x

    e< < < .

    3. a. Dmontrer que, pour tout x appartenant 1

    ;e

    ( )h x appartient 1 ;

    e

    .

    b. On considre la suite (xn) de rels dfinie par x0 et ( )1n nx h x+ = pour tout entier naturel n.

    Montrer que la suite (xn) est strictement croissante.

    Correction

    Partie A : tude dune fonction ( ) ln1 xf xx

    = + .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 37

    1. Limite de f en 0 : on crit ln 1

    lnx

    xx x

    = do la limite est . En + ln x

    x tend vers 0 donc f tend vers 1.

    2. ( ) 2 2

    1ln 1 ln

    'x x

    xxf xx x

    = = qui est positif lorsque x e . ( ) 11f ee

    = + .

    3. Sur l intervalle 1

    ;1e

    f est croissante vers lintervalle 1

    1 ;1e

    qui contient 0 : ( ) 0f x = a donc une solution unique

    . La machine donne 0,567 comme valeur approche de .

    Comme f est croissante, ( ) 0f x lorsque x et ( ) 0f x lorsque x .

    Partie B : Calcul daire

    1. (D) ( ) ( ) ( )1 1 1 1 1y f x f x x= + = + = .

    2. a. ( ) 2 lnx x x x = + ; ( )( ) ( )2 2 1 11 1 2

    1 2x xx x

    x xx x x

    + = + = = : positif lorsque 1x , ngatif sinon.

    ( )1 0 = donc ( ) ( )1 0x = .

    b. ( )( )2ln ln

    1xx x x x

    f x x xx x x

    + = + = = .

    c. La position relative de (C) et de (D) est donne par le signe de ( )f x x donc (C) est toujours en dessous de (D).

    3. a.

    H

    K

    -3

    -2,5

    -2

    -1,5

    -1

    -0,5

    0

    0,5

    1

    1,5

    2

    0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

    y

    x

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 38

    b. Il faut dabord calculer lintgrale ( ) ( ) ( )11 1

    2 21 1 11 ln ln 1 ln2 2

    I f x dx xdx x xx

    = = + = + = ; comme

    ( ) 0f = , on a ( )ln = do en remplaant : 2112

    I = . Par ailleurs il faut soustraire cette intgrale laire du

    triangle OKH qui vaut 1

    2, et multiplier le tout par lunit daire, soit 25 cm2.

    Finalement ( )2 21 1 2525 1 2 12 2 2

    A = + + = +

    .

    Partie C : tude dune suite

    Soit x0 un rel appartenant lintervalle 1

    ;e

    . On note M0 le point de (C) dabscisse x0.

    1. a. (T0) : ( ) 00 20

    1 ln'

    xf x

    x

    = ; ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 0 0 0 0 0 0y f x x x f x xf x f x x f x = + = + .

    b. Lorsquon fait 0y = dans lquation prcdente, on trouve

    ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )( )( )

    0 0 0 00 0 0 0 0 1

    0 0

    0x f x f x f x

    xf x f x x f x x x xf x f x

    = + = = =

    .

    2. On considre la fonction h dfinie sur 1

    ;e

    par : ( ) ( )( )

    f xh x x

    f x=

    . (On remarquera que h(x0) = x1).

    a. ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )

    ( )( ) ( ) ( ) ( )

    ( ) ( )

    2 2

    21

    f x f x f x f xf x f x f x f x f xh x x h x

    f x f x f xf x

    + = = =

    ,

    soit ( ) ( ) ( )( ) 2

    f x f xh x

    f x

    =

    .

    b. ( ) ( )( )2

    2 4 4 3

    12 1 ln

    1 ln 3 2 ln 3 2 ln'

    x x xx x x x xxf x f x

    x x x x

    + += = = = . 33 2ln 02

    x x + donc sur 1 ;e

    ,

    ( ) 0f x < .

    c. f est galement ngative sur cet intervalle donc h est positive et h est croissante.

    On a ( ) ( )( )f

    hf

    = =

    et ( )1 0x h x= .

    Comme 0x < et que h est croisssante, on a donc bien ( ) ( )0 1h x h x < < .

    d. ( ) ( )( )f x

    h x xf x

    =

    est positive sur 1

    ;e

    car f est positive et f est ngative.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 39

    Enfin on a 01

    xe

    < et ( )0 0 1 0 1 00h x x x x x x = > > , soit 0 11

    x xe

    < < < .

    3. a. Nous venons de montrer que pour un 0x dans 1

    ;e

    alors ( )1 0x h x= est dans

    1;

    e

    . Cest ok.

    b. Par rcurrence : ( )2 1x h x= est alors tel que 0 1 21

    x x xe

    < < < < , etc. Le raisonnement fait en 0x est le mme

    nimporte quel rang.

    Donc la suite (xn) est strictement croissante. Comme elle est majore par , elle converge. Il faudrait encore montrer quelle converge vers , ce que lon voit en faisant le calcul : la rapidit de convergence est mme spectaculaire.

    n xn n xn

    0 0,36787944117144200000 4 0,56714261155675600000

    1 0,48415152013885700000 5 0,56714329040871200000

    2 0,55183615060547200000 6 0,56714329040978400000

    3 0,56660294853210500000 7 0,56714329040978400000

    Cette mthode est trs performante ; elle fut invente par Newton et amliore par J. Raphson quelques annes plus

    tard. Cest celle que lon utilise en gnral dans les logiciels de calcul.

    1. 22. ROC+suite solution quation,

    7 points

    La page annexe sera complter et remettre avec la copie la fin de lpreuve.

    Partie A

    On considre la fonction f dfinie sur lintervalle ]0 ; + [ par f (x) = x +ln x.

    On nomme sa courbe reprsentative dans un repre orthogonal ( ; , )O i j

    du plan.

    1. a. Dterminer les limites de la fonction f aux bornes de son intervalle de dfinition.

    b. Montrer que la fonction f est strictement croissante sur lintervalle ]0 ; + [.

    2. a. Montrer que, pour tout entier naturel n, lquation f (x) = n admet une unique solution dans ]0 ; + [.

    On note n cette solution. On a donc : pour tout entier naturel n, lnn n n + = .

    b. Sur la page annexe, on a trac dans le repre ( ; , )O i j

    .

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 40

    Placer les nombres 0 , 1 , 2 , 3 , 4 et 5 sur laxe des abscisses en laissant apparents les traits de construction.

    c. Prciser la valeur de 1 .

    d. Dmontrer que la suite ( n ) est strictement croissante.

    3. a. Dterminer une quation de la tangente la courbe au point A dabscisse 1.

    b. tudier les variations de la fonction h dfinie sur ]0 ; + [ par h(x) = ln x x +1.

    En dduire la position de la courbe par rapport .

    c. Tracer sur le graphique de la page annexe. Dmontrer que, pour tout entier naturel n non nul, 12 n

    n + .

    4. Dterminer la limite de la suite ( n ).

    Partie B

    On considre une fonction g continue, strictement croissante sur ]0 ; + [ et telle que 0

    lim ( )x

    g x

    = et lim ( )x

    g x+

    = + .

    On admet que lon peut, comme on la fait dans la partie A, dfinir sur une suite ( )n de rels tels que ( )ng n = , et

    que cette suite est strictement croissante.

    1. Dmonstration de cours :

    Prrequis : dfinition dune suite tendant vers + .

    Une suite tend vers + si, pour tout rel A, tous les termes de la suite sont, partir dun certain rang, suprieurs A

    .

    Dmontrer le thorme suivant : une suite croissante non majore tend vers + .

    2. Montrer que la suite ( )n tend vers + .

    Page annexe

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 41

    Correction

    Partie A f (x) = x +ln x.

    1. a. En + les deux termes tendent vers + donc f tend vers + ; en 0+ lnx tend vers donc f galement.

    b. x est croissante, ln est croissante, la somme de deux fonctions croissantes est croissante. Sinon on a facilement

    1'( ) 1 0f x

    x= + > .

    2. a. f est continue, monotone croissante de *+ vers ; elle est donc bijective et toutes les valeurs n entires sont

    atteintes. A chaque n correspond donc un unique antcdent n avec lnn n n + = .

    b. On part des valeurs entires 1, 2, 3, 4 et 5 sur laxe des ordonnes et on trace.

    c. 1 : 1 1ln 1 + = ; cette quation a lunique solution 1 : 1 ln 1 1+ = .

    -3

    -2

    -1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

    y

    x

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 42

    d. Comme f est croissante et que 1n n+ > , alors les antcdents n et 1n + sont rangs dans le mme ordre :

    1 1( ) ( ) 1n n n nf f n n + + + .

    3. a. 1

    '(1) 1 21

    f = + = et (1) 1f = do lquation de : 2( 1) 1 2 1y x x= + = .

    b. h(x) = ln x x +1, 1 1

    '( ) 1x

    h xx x

    = = est positif lorsque x < 1, ngatif lorsque x > 1. On a (1) 0h = donc h est croissante

    avant 1, dcroissante aprs 1 do ( ) (1) 0h x h = . La position de par rapport est donne par le signe de

    ( ) (2 1) ln 2 1 ln 1 ( )f x x x x x x x h x = + + = + = , donc est toujours en dessous de .

    c. Comme ( ) 0h x pour 1x > , ceci est valable pour n : 1

    ( ) 2 1 0 2 1 02n n n n

    nf n + + + .

    4. Comme n tend vers + , 1

    2

    n + galement et n galement.

    -3

    -2

    -1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

    x

    y

    12

    0

    3

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 43

    Partie B

    g continue, strictement croissante sur ]0 ; + [ et telle que 0

    lim ( )x

    g x

    = et lim ( )x

    g x+

    = + .

    1. Dmonstration de cours : une suite croissante non majore tend vers + .

    Dmonstration par labsurde : si (un) est croissante non majore et quelle tend vers une limite L, alors il arriverait un

    moment (une valeur N de n) o Nu L < o est un rel positif choisi arbitrairement (aussi petit quon le veut) ; si le

    terme suivant est suprieur L , la suite ne converge pas vers L et si le terme suivant reste infrieur L, la suite est majore. Dans les deux cas il y a contradiction.

    Dmonstration directe : si (un) est non majore, pour tout A rel il existe une valeur N de n pour laquelle Nu A ;

    comme (un) est croissante, pour toutes les valeurs de n suprieures N, on a nu A . La dfinition prcdente est

    respecte, (un) tend bien vers + .

    2. La suite ( )n est croissante pour les mmes raisons que ( )n ; comme lim ( )x

    g x+

    = + et que ( )ng n = , les termes n

    sont comme x et tendent donc vers linfini.

    De manire plus lgante on peut considrer que g est bijective et a une application rciproque g1 qui est telle que 1lim ( )

    yg y

    += + do 1lim ( ) lim n

    n ng n

    + += = + .

    1. 23. Questions de cours au sujet des suites

    Valider ou infirmer les propositions suivantes :

    1. Si une suite u est croissante et majore par 5 , alors elle converge vers 5.

    2. Si une suite u est monotone et borne , alors elle est convergente.

    3. Si une suite u nest pas convergente , alors elle nest pas borne.

    4. Si deux suites ont la mme limite, alors elles sont adjacentes.

    5. Si deux suites sont adjacentes, alors elles sont bornes.

    6. Une suite convergente est borne.

    7. Une suite borne est convergente.

    8. Une suite qui tend vers + ne peut pas tre majore.

    9. Si n nu v tend vers 0 alors un et vn ont la mme limite.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 44

    10. Si (un) et (vn) tendent vers + alors n nu v tend vers 0.

    11. Si pour tout n 10, 2

    13nu

    n alors (un) converge vers 3.

    1. 24. QCM divers,

    4 points

    Les quatre questions de cet exercice sont indpendantes et sont notes sur un point chacune.

    Pour chaque question, il y a exactement deux propositions correctes. Le candidat doit indiquer sur sa copie les deux propositions vraies. Aucune

    justification nest demande.

    Chaque rponse exacte rapporte 0,5 point, chaque rponse fausse enlve 0,25 point. Donner trois propositions ou plus dune question, ou bien nen

    donner aucune, ne rapporte aucun point. Si, par application de ce barme, le total des points de lexercice est ngatif, il est ramen zro.

    1. Les suites suivantes sont convergentes :

    a. 2005

    0

    2n

    nn >

    b. 2 ( 1)

    1

    n

    n

    n n

    n

    + +

    c. 0

    1sin

    n

    nn >

    d. 1

    lnn

    n

    n>

    2. On considre trois suites (un) , (vn) et (wn) ayant, pour tout entier naturel n, les proprits suivantes :

    n n nu v w , lim ( ) 1nn

    u+

    = et lim ( ) 1nn

    w+

    = .

    Alors :

    a. lim ( ) 0nn

    v+

    = .

    b. La suite (un) est minore.

    c. Pour tout n de , on a : 1 1nv .

    d. On ne sait pas dire si la suite (vn) a une limite ou non.

    3. Une suite (un) est dfinie sur par 0

    1

    1, 5

    2 1n n

    u

    u u+

    = =

    pour tout entier naturel n.

    a. La suite (un) converge vers 1, abscisse du point dintersection des droites dquations y = x et y = 2x 1.

    b. La suite (vn), dfinie sur par vn = un 1, est gomtrique.

    c. La suite (vn) est majore.

    d. La suite (wn), dfinie sur par wn = ln (un 1), est arithmtique.

    4. Deux suites (xn) et (yn) sont dfinies pour n > 0 par les relations :

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 45

    1 1 1...

    1 2nx

    n n n= + + +

    + et

    1 1 1...

    1 2 2ny

    n n n= + + +

    + +.

    a. Les suites (xn) et (yn) sont toutes les deux croissantes.

    b. 319

    20x = et 3

    37

    60y = .

    c. Les suites (xn) et (yn) ne sont pas majores.

    d. Les suites (xn) et (yn) sont adjacentes.

    1. 25. QCM,

    4 points

    Soit ( ) 0n nv une suite. On considre la suite u dfinie pour tout entier naturel n par = + 1vnnu e .

    Partie A Pour chacune des questions quatre propositions sont faites dont une seule est exacte. Pour chaque question donner sans

    justification une rponse sur votre copie. Si la rponse est bonne elle rapporte 0,75 points, si elle est mauvaise elle cote

    0,25 points, si vous ne rpondez pas vous gagnez 0 point En cas de total ngatif votre ardoise est efface !

    1. a est un rel strictement positif et ln dsigne la fonction logarithme nperien. Si 0 lnv a= , alors :

    a. 01

    1ua

    = + b. 01

    1u

    a=

    + c. 0 1u a= + d. 0 1

    au e= +

    2. Si v est strictement croissante, alors : a. u est strictement dcroissante et majore par 2 c. u est strictement croissante et majore par 2 b. u est strictement croissante et minore par 1 d. u est strictement dcroissante et minore par 1 3. Si v diverge vers + alors : a. u converge vers 2 c. u converge vers 1 b. u diverge vers + d. u converge vers un rel L tel que 1L > 4. Si v est majore par 2, alors :

    a. u est majore par 21 e+ c. u est majore par 21 e+ b. u est minore par 21 e+ d. u est minore par 21 e+ Partie B

    Dmontrer que, pour tout entier naturel n, on a : ( )ln 0n nu v+ > . 1. 26. Raisonnement par rcurrence 1

    1. On note 1 2 3 ....... !n n = (et on lit factorielle n).

    Dmontrez par rcurrence que, pour tout entier naturel 1n , on a : 1! 2nn .

    2. Dmontrez que, pour tout entier naturel n, lentier 23 2n n est un multiple de 7 ; n dsigne un entier suprieur 1.

    3. Montrer par rcurrence les proprits suivantes :

    a. Pour tout entier naturel n, 2n n .

    b. Pour tout entier naturel n, 2 1 2 12 3n n+ ++ est un multiple de 5.

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 46

    c. Pour tout entier n diffrent de 1, 1 1 1 1

    ... 11 2 2 3 ( 1) 1n n n

    + + + = + +

    .

    1. 27. Raisonnement par rcurrence 2

    1. Rappeler la valeur de 1 2 3 ...nS n= + + + + .

    2. On appelle nS la somme 1 2 2 3 3 4 ... ( 1)nS n n = + + + + + .

    a. Montrer par rcurrence que pour tout n on a ( 1)( 2)

    '3n

    n n nS

    + += .

    b. On admettra que 2

    1 1

    n n

    n

    k k

    S k k= =

    = + . Dduire des rsultats prcdents la valeur de 21

    n

    k

    k= en fonction de n.

    3. Montrer par rcurrence que 1

    ( 1)( 2)( 3)( 1)( 2)

    4

    n

    k

    n n n nk k k

    =

    + + ++ + =

    4. On cherche gnraliser les rsultats prcdents : p dsigne un entier suprieur 1, et on dfinit la somme :

    ( , ) 1 2 ... 2 3 ... ( 1) 3 4 ...( 2) ... ( 1)....( 1)S n p p p p n n n p= + + + + + + + + .

    Montrer par rcurrence sur n (p est suppos fix) que ( 1)( 2)...( )

    ( , )1

    n n n n pS n p

    p

    + + +=

    +.

    1. 28. Raisonnement par rcurrence 3

    Le matre dcole sappelait Bttner et il aimait rosser ses lves. Il feignait dtre svre et asctique, et, en quelques

    rares occasions, lexpression de son visage rvlait le plaisir quil prenait les rouer de coups. [] Cela se passait dans le

    quartier le plus pauvre de Brunswick, aucun de ces enfants nirait jamais lcole secondaire, personne ici ne

    travaillerait autrement quavec ses mains. Gauss avait beau se taire et svertuer rpondre aussi lentement que les

    autres, il percevait la mfiance du matre. Il sentait que ce dernier nattendait quune occasion de le frapper un peu plus

    fort que le reste du groupe. Et un beau jour, il lui fournit cette occasion.

    Bttner leur avait demand dadditionner tous les nombres de un cent. Cela prendrait des heures et, mme avec la

    meilleure bonne volont du monde, ce ntait pas possible sans faire un moment ou un autre une erreur de calcul

    pour laquelle on pouvait alors tre puni. [] Gauss ne russit pas se contrler ce jour l et au bout de trois minutes il

    stait retrouv devant le pupitre du matre avec son ardoise.

    Bon, dit Bttner, et il saisit le bton. Quest-ce que cest que a ?

    Cinq mille cinquante.

    Quoi ?

    Gauss se racla la gorge : ctait pourtant bien cela quil fallait faire, dit-il, additionner tous les nombres de un cent.

    Cent plus un faisaient cent-un. Quatre-ving-dix-neuf plus deux faisaient cent-un. Quatre-ving-dix-huit plus trois faisaient

    cent-un. Toujours cent-un. On pouvait rpter lopration cinquante fois. Donc : cinquante fois cent-un.

    Daniel Kehlmann, Les arpenteurs du monde, Actes Sud, 2006

  • Club math du collge priv laic les pigeons sur http://collegelespigeons.e-monsite.com

    TLES S suites exercices corrigs Hugues SILA Page 47

    1. La somme des n premiers entiers est 1 1 2 3 ... ???S n= + + + + = . Dmontrez-le par rcurrence.

    2. Calculez les sommes u1 = 13, u2 = 1

    3+23, u3 = 13+23+33, , u10 = 1

    3+23+33+43++103.

    3. Voyez-vous une formule apparatre ?

    4. Essayez de dmontrer la formule obtenue par rcurrence.

    1. 29. Gomtrique 1

    La population mondiale est de l'ordre de 5 milliards d'individus.

    1. Si on admet un accroissement moyen de la population mondiale d