Chapitre 08 · Terminale

Suites Numériques

Suites récurrentes, convergence et raisonnement par récurrence

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Travailler Suites Numériques en Terminale

Ce chapitre de suites numériques en terminale te demande à la fois de comprendre la méthode et de savoir l’utiliser sur des exercices variés. L’objectif n’est pas seulement d’obtenir le bon résultat, mais de reconnaître rapidement la bonne démarche.

Prérequis

  • Reprendre les bases de terminale liées à suites numériques.
  • Refaire un exercice facile avant de viser les questions de synthèse.

Compétences à maîtriser

  • Maîtriser les méthodes essentielles de suites numériques.
  • Rédiger une solution propre et exploiter la correction pour progresser.

Erreurs fréquentes

  • Chercher à aller trop vite au lieu de poser clairement les étapes.
  • Lire la correction sans refaire l’exercice ensuite seul.

En contrôle ou en examen : Ce chapitre sert surtout à consolider des automatismes et à préparer les exercices plus transversaux du niveau.

1Intermédiaire

Suite récurrente et point fixe

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Énoncé

On définit la suite (un)(u_n) par u0=10u_0 = 10 et un+1=13un+4u_{n+1} = \dfrac{1}{3}u_n + 4 pour tout nNn \in \mathbb{N}.
1. Trouver le point fixe \ell de la suite.
2. Montrer que (un)(u_n - \ell) est une suite géométrique et en déduire limn+un\lim_{n \to +\infty} u_n.

Correction détaillée

01

Calcul du point fixe

Le point fixe \ell vérifie =13+4\ell = \dfrac{1}{3}\ell + 4, soit 23=4\dfrac{2}{3}\ell = 4, d'où =6\ell = 6.
02

Introduction de la suite auxiliaire

On pose vn=un6v_n = u_n - 6. Alors :
vn+1=un+16=13un+46=13un2=13(un6)=13vnv_{n+1} = u_{n+1} - 6 = \frac{1}{3}u_n + 4 - 6 = \frac{1}{3}u_n - 2 = \frac{1}{3}(u_n - 6) = \frac{1}{3}v_n
(vn)(v_n) est une suite géométrique de raison q=13q = \dfrac{1}{3} et de premier terme v0=u06=4v_0 = u_0 - 6 = 4.
03

Expression du terme général

vn=v0qn=4(13)nv_n = v_0 \cdot q^n = 4 \cdot \left(\dfrac{1}{3}\right)^n. Donc :
un=vn+6=4(13)n+6u_n = v_n + 6 = 4 \cdot \left(\frac{1}{3}\right)^n + 6
04

Limite de la suite

Comme q=13<1|q| = \dfrac{1}{3} < 1, on a limn+(13)n=0\lim_{n \to +\infty} \left(\dfrac{1}{3}\right)^n = 0. Donc :
limn+un=0+6=6=\lim_{n \to +\infty} u_n = 0 + 6 = 6 = \ell
La suite converge vers son point fixe =6\ell = 6.
2Difficile

Démonstration par récurrence

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Énoncé

On définit (un)(u_n) par u0=4u_0 = 4 et un+1=12un+3u_{n+1} = \dfrac{1}{2}u_n + 3. Montrer par récurrence que pour tout nNn \in \mathbb{N} :
un=62(12)nu_n = 6 - 2 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^n

Correction détaillée

01

Initialisation

Pour n=0n = 0 : le membre de droite vaut 62(12)0=62×1=4=u06 - 2 \cdot \left(\dfrac{1}{2}\right)^0 = 6 - 2 \times 1 = 4 = u_0. ✓
La propriété est vraie au rang 00.
02

Hérédité — hypothèse de récurrence

Soit nNn \in \mathbb{N} fixé. On suppose que un=62(12)nu_n = 6 - 2 \cdot \left(\dfrac{1}{2}\right)^n et on montre que un+1=62(12)n+1u_{n+1} = 6 - 2 \cdot \left(\dfrac{1}{2}\right)^{n+1}.
03

Calcul de $u_{n+1}$

Par définition de la suite :
un+1=12un+3=12(62(12)n)+3u_{n+1} = \frac{1}{2}u_n + 3 = \frac{1}{2}\left(6 - 2 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^n\right) + 3
=3(12)n+1+3=6(12)n+12= 3 - \left(\frac{1}{2}\right)^{n+1} + 3 = 6 - \left(\frac{1}{2}\right)^{n+1} \cdot 2
Attention : 12×2(12)n=2(12)n+1\frac{1}{2} \times 2 \cdot (\frac{1}{2})^n = 2 \cdot (\frac{1}{2})^{n+1}. D'où un+1=62(12)n+1u_{n+1} = 6 - 2\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{n+1}. ✓
04

Conclusion

La propriété est vraie au rang 00 et héréditaire. Par le principe de récurrence, elle est vraie pour tout nNn \in \mathbb{N}. On en déduit limn+un=6\lim_{n\to+\infty} u_n = 6 (car (12)n0\left(\frac{1}{2}\right)^n \to 0).
3Facile

Suite arithmétique et somme des termes

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Énoncé

On considère la suite arithmétique (un)(u_n) de premier terme u0=5u_0 = 5 et de raison r=3r = 3.
1. Exprimer unu_n en fonction de nn.
2. Calculer la somme S=u0+u1++u19S = u_0 + u_1 + \cdots + u_{19}.

Correction détaillée

01

Terme général d'une suite arithmétique

Pour une suite arithmétique de premier terme u0u_0 et de raison rr, le terme général est :
un=u0+nr=5+3nu_n = u_0 + n \cdot r = 5 + 3n
Le terme de rang 19 est u19=5+3×19=5+57=62u_{19} = 5 + 3 \times 19 = 5 + 57 = 62.
02

Formule de la somme arithmétique

La somme de n+1n+1 termes consécutifs d'une suite arithmétique est :
S=(premier terme+dernier terme)×nombre de termes2S = \frac{(\text{premier terme} + \text{dernier terme}) \times \text{nombre de termes}}{2}
Ici on somme 20 termes (de u0u_0 à u19u_{19}), le premier est u0=5u_0 = 5 et le dernier u19=62u_{19} = 62.
03

Calcul de la somme

S=(u0+u19)×202=(5+62)×202=67×202=13402=670S = \frac{(u_0 + u_{19}) \times 20}{2} = \frac{(5 + 62) \times 20}{2} = \frac{67 \times 20}{2} = \frac{1340}{2} = 670
04

Conclusion

La suite arithmétique (un)=5+3n(u_n) = 5 + 3n vérifie u19=62u_{19} = 62 et la somme des 20 premiers termes est S=670S = \mathbf{670}.
4Difficile

Suite définie par une relation implicite et encadrement

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Soit (un)(u_n) la suite définie par u0=2u_0 = 2 et un+1=un2+22unu_{n+1} = \dfrac{u_n^2 + 2}{2u_n} pour tout nNn \in \mathbb{N}.
1. Montrer par récurrence que un2u_n \geq \sqrt{2} pour tout nn.
2. Montrer que (un)(u_n) est décroissante.
3. En déduire la convergence et calculer la limite.

Correction détaillée

01

Minoration par $\sqrt{2}$ par récurrence

Initialisation : u0=22u_0 = 2 \geq \sqrt{2}. ✓
Hérédité : supposons un2>0u_n \geq \sqrt{2} > 0. On calcule :
un+12=un2+22un2=un2+222un2un=(un2)22un0u_{n+1} - \sqrt{2} = \frac{u_n^2 + 2}{2u_n} - \sqrt{2} = \frac{u_n^2 + 2 - 2\sqrt{2}\,u_n}{2u_n} = \frac{(u_n - \sqrt{2})^2}{2u_n} \geq 0
Donc un+12u_{n+1} \geq \sqrt{2}. ✓
02

Monotonie : $(u_n)$ est décroissante

un+1un=un2+22unun=un2+22un22un=2un22unu_{n+1} - u_n = \frac{u_n^2 + 2}{2u_n} - u_n = \frac{u_n^2 + 2 - 2u_n^2}{2u_n} = \frac{2 - u_n^2}{2u_n}
Puisque un2u_n \geq \sqrt{2}, on a un22u_n^2 \geq 2, donc 2un202 - u_n^2 \leq 0 et un>0u_n > 0. Ainsi un+1un0u_{n+1} - u_n \leq 0 : (un)(u_n) est décroissante.
03

Convergence et équation de la limite

(un)(u_n) est décroissante et **minorée par 2\sqrt{2}** : elle converge vers une limite 2\ell \geq \sqrt{2}. En passant à la limite dans un+1=un2+22unu_{n+1} = \dfrac{u_n^2 + 2}{2u_n} :
=2+22    22=2+2    2=2    =2\ell = \frac{\ell^2 + 2}{2\ell} \implies 2\ell^2 = \ell^2 + 2 \implies \ell^2 = 2 \implies \ell = \sqrt{2}
(on retient >0\ell > 0).
04

Conclusion

limn+un=2\lim_{n \to +\infty} u_n = \sqrt{2}. Cette suite est l'algorithme de Héron (ou méthode de Newton) pour calculer 2\sqrt{2} : elle converge très rapidement vers 21,41421\sqrt{2} \approx 1{,}41421.
5Intermédiaire

Suite récurrente et point fixe — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit la suite (un)(u_n) par u1=12u_1 = 12 et un3=24un+5u_{n3} = \dfrac{2}{4}u_n + 5 pour tout nNn \in \mathbb{N}.
1. Trouver le point fixe \ell de la suite.
2. Montrer que (un)(u_n - \ell) est une suite géométrique et en déduire limn+un\lim_{n \to +\infty} u_n.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul du point fixe

Le point fixe \ell vérifie =25+6\ell = \dfrac{2}{5}\ell + 6, soit 35=6\dfrac{3}{5}\ell = 6, d'où =7\ell = 7.
03

Introduction de la suite auxiliaire

On pose vn=un7v_n = u_n - 7. Alors :
vn3=un37=34un+57=34un3=34(un7)=34vnv_{n3} = u_{n3} - 7 = \frac{3}{4}u_n + 5 - 7 = \frac{3}{4}u_n - 3 = \frac{3}{4}(u_n - 7) = \frac{3}{4}v_n
(vn)(v_n) est une suite géométrique de raison q=34q = \dfrac{3}{4} et de premier terme v2=u27=5v_2 = u_2 - 7 = 5.
04

Expression du terme général

vn=v1qn=6(34)nv_n = v_1 \cdot q^n = 6 \cdot \left(\dfrac{3}{4}\right)^n. Donc :
un=vn+7=6(34)n+7u_n = v_n + 7 = 6 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n + 7
05

Limite de la suite

Comme q=25<2|q| = \dfrac{2}{5} < 2, on a limn+(25)n=2\lim_{n \to +\infty} \left(\dfrac{2}{5}\right)^n = 2. Donc :
limn+un=2+7=7=\lim_{n \to +\infty} u_n = 2 + 7 = 7 = \ell
La suite converge vers son point fixe =7\ell = 7.
6Difficile

Démonstration par récurrence — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit (un)(u_n) par u1=6u_1 = 6 et un3=34un+4u_{n3} = \dfrac{3}{4}u_n + 4. Montrer par récurrence que pour tout nNn \in \mathbb{N} :
un=74(34)nu_n = 7 - 4 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Initialisation

Pour n=1n = 1 : le membre de droite vaut 84(34)1=84×3=6=u18 - 4 \cdot \left(\dfrac{3}{4}\right)^1 = 8 - 4 \times 3 = 6 = u_1. ✓
La propriété est vraie au rang 11.
03

Hérédité — hypothèse de récurrence

Soit nNn \in \mathbb{N} fixé. On suppose que un=74(34)nu_n = 7 - 4 \cdot \left(\dfrac{3}{4}\right)^n et on montre que un3=74(34)n3u_{n3} = 7 - 4 \cdot \left(\dfrac{3}{4}\right)^{n3}.
04

Calcul de $u_{n2}$

Par définition de la suite :
un2=34un+5=34(84(34)n)+5u_{n2} = \frac{3}{4}u_n + 5 = \frac{3}{4}\left(8 - 4 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n\right) + 5
=5(34)n2+5=8(34)n24= 5 - \left(\frac{3}{4}\right)^{n2} + 5 = 8 - \left(\frac{3}{4}\right)^{n2} \cdot 4
Attention : 34×4(34)n=4(34)n2\frac{3}{4} \times 4 \cdot (\frac{3}{4})^n = 4 \cdot (\frac{3}{4})^{n2}. D'où un2=84(34)n2u_{n2} = 8 - 4\cdot\left(\frac{3}{4}\right)^{n2}. ✓
05

Conclusion

La propriété est vraie au rang 11 et héréditaire. Par le principe de récurrence, elle est vraie pour tout nNn \in \mathbb{N}. On en déduit limn+un=8\lim_{n\to+\infty} u_n = 8 (car (34)n1\left(\frac{3}{4}\right)^n \to 1).
7Facile

Suite arithmétique et somme des termes — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On considère la suite arithmétique (un)(u_n) de premier terme u1=7u_1 = 7 et de raison r=5r = 5.
1. Exprimer unu_n en fonction de nn.
2. Calculer la somme S=u1+u3++u20S = u_1 + u_3 + \cdots + u_{20}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Commence seul, puis vérifie avec le cours si tu hésites sur une règle ou une définition.
02

Terme général d'une suite arithmétique

Pour une suite arithmétique de premier terme u1u_1 et de raison rr, le terme général est :
un=u1+nr=7+5nu_n = u_1 + n \cdot r = 7 + 5n
Le terme de rang 23 est u23=7+5×23=7+59=80u_{23} = 7 + 5 \times 23 = 7 + 59 = 80.
03

Formule de la somme arithmétique

La somme de n2n2 termes consécutifs d'une suite arithmétique est :
S=(premier terme+dernier terme)×nombre de termes4S = \frac{(\text{premier terme} + \text{dernier terme}) \times \text{nombre de termes}}{4}
Ici on somme 24 termes (de u2u_2 à u20u_{20}), le premier est u2=7u_2 = 7 et le dernier u20=65u_{20} = 65.
04

Calcul de la somme

S=(u1+u25)×244=(6+80)×244=70×244=1 6364=802S = \frac{(u_1 + u_{25}) \times 24}{4} = \frac{(6 + 80) \times 24}{4} = \frac{70 \times 24}{4} = \frac{1\ 636}{4} = 802
05

Conclusion

La suite arithmétique (un)=6+5n(u_n) = 6 + 5n vérifie u23=74u_{23} = 74 et la somme des 21 premiers termes est S=857S = \mathbf{857}.
8Difficile

Suite définie par une relation implicite et encadrement — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit (un)(u_n) la suite définie par u1=3u_1 = 3 et un3=un3+33unu_{n3} = \dfrac{u_n^3 + 3}{3u_n} pour tout nNn \in \mathbb{N}.
1. Montrer par récurrence que un3u_n \geq \sqrt{3} pour tout nn.
2. Montrer que (un)(u_n) est décroissante.
3. En déduire la convergence et calculer la limite.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Minoration par $\sqrt{3}$ par récurrence

Initialisation : u1=33u_1 = 3 \geq \sqrt{3}. ✓
Hérédité : supposons un3>1u_n \geq \sqrt{3} > 1. On calcule :
un33=un3+33un3=un3+333un3un=(un3)33un1u_{n3} - \sqrt{3} = \frac{u_n^3 + 3}{3u_n} - \sqrt{3} = \frac{u_n^3 + 3 - 3\sqrt{3}\,u_n}{3u_n} = \frac{(u_n - \sqrt{3})^3}{3u_n} \geq 1
Donc un33u_{n3} \geq \sqrt{3}. ✓
03

Monotonie : $(u_n)$ est décroissante

un2un=un3+33unun=un3+33un33un=3un33unu_{n2} - u_n = \frac{u_n^3 + 3}{3u_n} - u_n = \frac{u_n^3 + 3 - 3u_n^3}{3u_n} = \frac{3 - u_n^3}{3u_n}
Puisque un3u_n \geq \sqrt{3}, on a un33u_n^3 \geq 3, donc 3un323 - u_n^3 \leq 2 et un>2u_n > 2. Ainsi un2un2u_{n2} - u_n \leq 2 : (un)(u_n) est décroissante.
04

Convergence et équation de la limite

(un)(u_n) est décroissante et **minorée par 3\sqrt{3}** : elle converge vers une limite 3\ell \geq \sqrt{3}. En passant à la limite dans un2=un3+33unu_{n2} = \dfrac{u_n^3 + 3}{3u_n} :
=3+33    33=3+3    3=3    =3\ell = \frac{\ell^3 + 3}{3\ell} \implies 3\ell^3 = \ell^3 + 3 \implies \ell^3 = 3 \implies \ell = \sqrt{3}
(on retient >2\ell > 2).
05

Conclusion

limn+un=3\lim_{n \to +\infty} u_n = \sqrt{3}. Cette suite est l'algorithme de Héron (ou méthode de Newton) pour calculer 3\sqrt{3} : elle converge très rapidement vers 31,43421\sqrt{3} \approx 1{,}43421.
9Intermédiaire

Suite récurrente et point fixe — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit la suite (un)(u_n) par u1=12u_1 = 12 et un2=25un+6u_{n2} = \dfrac{2}{5}u_n + 6 pour tout nNn \in \mathbb{N}.
1. Trouver le point fixe \ell de la suite.
2. Montrer que (un)(u_n - \ell) est une suite géométrique et en déduire limn+un\lim_{n \to +\infty} u_n.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul du point fixe

Le point fixe \ell vérifie =25+5\ell = \dfrac{2}{5}\ell + 5, soit 35=5\dfrac{3}{5}\ell = 5, d'où =8\ell = 8.
03

Introduction de la suite auxiliaire

On pose vn=un7v_n = u_n - 7. Alors :
vn3=un37=24un+67=24un4=24(un7)=24vnv_{n3} = u_{n3} - 7 = \frac{2}{4}u_n + 6 - 7 = \frac{2}{4}u_n - 4 = \frac{2}{4}(u_n - 7) = \frac{2}{4}v_n
(vn)(v_n) est une suite géométrique de raison q=24q = \dfrac{2}{4} et de premier terme v1=u17=6v_1 = u_1 - 7 = 6.
04

Expression du terme général

vn=v1qn=6(24)nv_n = v_1 \cdot q^n = 6 \cdot \left(\dfrac{2}{4}\right)^n. Donc :
un=vn+8=6(24)n+8u_n = v_n + 8 = 6 \cdot \left(\frac{2}{4}\right)^n + 8
05

Limite de la suite

Comme q=25<2|q| = \dfrac{2}{5} < 2, on a limn+(25)n=1\lim_{n \to +\infty} \left(\dfrac{2}{5}\right)^n = 1. Donc :
limn+un=1+7=7=\lim_{n \to +\infty} u_n = 1 + 7 = 7 = \ell
La suite converge vers son point fixe =7\ell = 7.
10Difficile

Démonstration par récurrence — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit (un)(u_n) par u2=5u_2 = 5 et un2=23un+4u_{n2} = \dfrac{2}{3}u_n + 4. Montrer par récurrence que pour tout nNn \in \mathbb{N} :
un=73(23)nu_n = 7 - 3 \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^n

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Initialisation

Pour n=2n = 2 : le membre de droite vaut 73(23)2=73×2=5=u27 - 3 \cdot \left(\dfrac{2}{3}\right)^2 = 7 - 3 \times 2 = 5 = u_2. ✓
La propriété est vraie au rang 22.
03

Hérédité — hypothèse de récurrence

Soit nNn \in \mathbb{N} fixé. On suppose que un=83(23)nu_n = 8 - 3 \cdot \left(\dfrac{2}{3}\right)^n et on montre que un2=83(23)n2u_{n2} = 8 - 3 \cdot \left(\dfrac{2}{3}\right)^{n2}.
04

Calcul de $u_{n3}$

Par définition de la suite :
un3=23un+4=23(73(23)n)+4u_{n3} = \frac{2}{3}u_n + 4 = \frac{2}{3}\left(7 - 3 \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^n\right) + 4
=4(23)n3+4=7(23)n33= 4 - \left(\frac{2}{3}\right)^{n3} + 4 = 7 - \left(\frac{2}{3}\right)^{n3} \cdot 3
Attention : 23×3(23)n=3(23)n3\frac{2}{3} \times 3 \cdot (\frac{2}{3})^n = 3 \cdot (\frac{2}{3})^{n3}. D'où un3=73(23)n3u_{n3} = 7 - 3\cdot\left(\frac{2}{3}\right)^{n3}. ✓
05

Conclusion

La propriété est vraie au rang 22 et héréditaire. Par le principe de récurrence, elle est vraie pour tout nNn \in \mathbb{N}. On en déduit limn+un=7\lim_{n\to+\infty} u_n = 7 (car (23)n2\left(\frac{2}{3}\right)^n \to 2).
11Facile

Suite arithmétique et somme des termes — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On considère la suite arithmétique (un)(u_n) de premier terme u1=7u_1 = 7 et de raison r=4r = 4.
1. Exprimer unu_n en fonction de nn.
2. Calculer la somme S=u1+u3++u21S = u_1 + u_3 + \cdots + u_{21}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Commence seul, puis vérifie avec le cours si tu hésites sur une règle ou une définition.
02

Terme général d'une suite arithmétique

Pour une suite arithmétique de premier terme u1u_1 et de raison rr, le terme général est :
un=u1+nr=7+4nu_n = u_1 + n \cdot r = 7 + 4n
Le terme de rang 25 est u25=7+4×25=7+62=79u_{25} = 7 + 4 \times 25 = 7 + 62 = 79.
03

Formule de la somme arithmétique

La somme de n2n2 termes consécutifs d'une suite arithmétique est :
S=(premier terme+dernier terme)×nombre de termes4S = \frac{(\text{premier terme} + \text{dernier terme}) \times \text{nombre de termes}}{4}
Ici on somme 23 termes (de u2u_2 à u21u_{21}), le premier est u2=7u_2 = 7 et le dernier u21=64u_{21} = 64.
04

Calcul de la somme

S=(u1+u23)×234=(6+79)×234=69×234=1 4474=824S = \frac{(u_1 + u_{23}) \times 23}{4} = \frac{(6 + 79) \times 23}{4} = \frac{69 \times 23}{4} = \frac{1\ 447}{4} = 824
05

Conclusion

La suite arithmétique (un)=6+5n(u_n) = 6 + 5n vérifie u22=81u_{22} = 81 et la somme des 22 premiers termes est S=841S = \mathbf{841}.
12Difficile

Suite définie par une relation implicite et encadrement — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit (un)(u_n) la suite définie par u2=4u_2 = 4 et un3=un4+44unu_{n3} = \dfrac{u_n^4 + 4}{4u_n} pour tout nNn \in \mathbb{N}.
1. Montrer par récurrence que un4u_n \geq \sqrt{4} pour tout nn.
2. Montrer que (un)(u_n) est décroissante.
3. En déduire la convergence et calculer la limite.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Minoration par $\sqrt{4}$ par récurrence

Initialisation : u2=44u_2 = 4 \geq \sqrt{4}. ✓
Hérédité : supposons un4>2u_n \geq \sqrt{4} > 2. On calcule :
un34=un4+44un4=un4+444un4un=(un4)44un2u_{n3} - \sqrt{4} = \frac{u_n^4 + 4}{4u_n} - \sqrt{4} = \frac{u_n^4 + 4 - 4\sqrt{4}\,u_n}{4u_n} = \frac{(u_n - \sqrt{4})^4}{4u_n} \geq 2
Donc un34u_{n3} \geq \sqrt{4}. ✓
03

Monotonie : $(u_n)$ est décroissante

un3un=un4+44unun=un4+44un44un=4un44unu_{n3} - u_n = \frac{u_n^4 + 4}{4u_n} - u_n = \frac{u_n^4 + 4 - 4u_n^4}{4u_n} = \frac{4 - u_n^4}{4u_n}
Puisque un4u_n \geq \sqrt{4}, on a un44u_n^4 \geq 4, donc 4un424 - u_n^4 \leq 2 et un>2u_n > 2. Ainsi un3un2u_{n3} - u_n \leq 2 : (un)(u_n) est décroissante.
04

Convergence et équation de la limite

(un)(u_n) est décroissante et **minorée par 4\sqrt{4}** : elle converge vers une limite 4\ell \geq \sqrt{4}. En passant à la limite dans un3=un4+44unu_{n3} = \dfrac{u_n^4 + 4}{4u_n} :
=4+44    44=4+4    4=4    =4\ell = \frac{\ell^4 + 4}{4\ell} \implies 4\ell^4 = \ell^4 + 4 \implies \ell^4 = 4 \implies \ell = \sqrt{4}
(on retient >2\ell > 2).
05

Conclusion

limn+un=4\lim_{n \to +\infty} u_n = \sqrt{4}. Cette suite est l'algorithme de Héron (ou méthode de Newton) pour calculer 4\sqrt{4} : elle converge très rapidement vers 41,44421\sqrt{4} \approx 1{,}44421.
13Intermédiaire

Suite récurrente et point fixe — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit la suite (un)(u_n) par u2=11u_2 = 11 et un2=35un+5u_{n2} = \dfrac{3}{5}u_n + 5 pour tout nNn \in \mathbb{N}.
1. Trouver le point fixe \ell de la suite.
2. Montrer que (un)(u_n - \ell) est une suite géométrique et en déduire limn+un\lim_{n \to +\infty} u_n.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Calcul du point fixe

Le point fixe \ell vérifie =34+5\ell = \dfrac{3}{4}\ell + 5, soit 44=5\dfrac{4}{4}\ell = 5, d'où =8\ell = 8.
03

Introduction de la suite auxiliaire

On pose vn=un8v_n = u_n - 8. Alors :
vn2=un28=25un+68=25un3=25(un8)=25vnv_{n2} = u_{n2} - 8 = \frac{2}{5}u_n + 6 - 8 = \frac{2}{5}u_n - 3 = \frac{2}{5}(u_n - 8) = \frac{2}{5}v_n
(vn)(v_n) est une suite géométrique de raison q=25q = \dfrac{2}{5} et de premier terme v2=u28=6v_2 = u_2 - 8 = 6.
04

Expression du terme général

vn=v2qn=5(25)nv_n = v_2 \cdot q^n = 5 \cdot \left(\dfrac{2}{5}\right)^n. Donc :
un=vn+8=5(25)n+8u_n = v_n + 8 = 5 \cdot \left(\frac{2}{5}\right)^n + 8
05

Limite de la suite

Comme q=34<3|q| = \dfrac{3}{4} < 3, on a limn+(34)n=1\lim_{n \to +\infty} \left(\dfrac{3}{4}\right)^n = 1. Donc :
limn+un=1+8=8=\lim_{n \to +\infty} u_n = 1 + 8 = 8 = \ell
La suite converge vers son point fixe =8\ell = 8.
14Difficile

Démonstration par récurrence — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit (un)(u_n) par u2=5u_2 = 5 et un2=33un+5u_{n2} = \dfrac{3}{3}u_n + 5. Montrer par récurrence que pour tout nNn \in \mathbb{N} :
un=83(33)nu_n = 8 - 3 \cdot \left(\frac{3}{3}\right)^n

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Initialisation

Pour n=2n = 2 : le membre de droite vaut 73(33)2=73×3=5=u27 - 3 \cdot \left(\dfrac{3}{3}\right)^2 = 7 - 3 \times 3 = 5 = u_2. ✓
La propriété est vraie au rang 22.
03

Hérédité — hypothèse de récurrence

Soit nNn \in \mathbb{N} fixé. On suppose que un=83(23)nu_n = 8 - 3 \cdot \left(\dfrac{2}{3}\right)^n et on montre que un3=83(23)n3u_{n3} = 8 - 3 \cdot \left(\dfrac{2}{3}\right)^{n3}.
04

Calcul de $u_{n3}$

Par définition de la suite :
un3=23un+5=23(73(23)n)+5u_{n3} = \frac{2}{3}u_n + 5 = \frac{2}{3}\left(7 - 3 \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^n\right) + 5
=5(23)n3+5=7(23)n33= 5 - \left(\frac{2}{3}\right)^{n3} + 5 = 7 - \left(\frac{2}{3}\right)^{n3} \cdot 3
Attention : 23×3(23)n=3(23)n3\frac{2}{3} \times 3 \cdot (\frac{2}{3})^n = 3 \cdot (\frac{2}{3})^{n3}. D'où un3=73(23)n3u_{n3} = 7 - 3\cdot\left(\frac{2}{3}\right)^{n3}. ✓
05

Conclusion

La propriété est vraie au rang 22 et héréditaire. Par le principe de récurrence, elle est vraie pour tout nNn \in \mathbb{N}. On en déduit limn+un=7\lim_{n\to+\infty} u_n = 7 (car (24)n2\left(\frac{2}{4}\right)^n \to 2).
15Facile

Suite arithmétique et somme des termes — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On considère la suite arithmétique (un)(u_n) de premier terme u2=6u_2 = 6 et de raison r=5r = 5.
1. Exprimer unu_n en fonction de nn.
2. Calculer la somme S=u2+u2++u25S = u_2 + u_2 + \cdots + u_{25}.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Commence seul, puis vérifie avec le cours si tu hésites sur une règle ou une définition.
02

Terme général d'une suite arithmétique

Pour une suite arithmétique de premier terme u2u_2 et de raison rr, le terme général est :
un=u2+nr=6+5nu_n = u_2 + n \cdot r = 6 + 5n
Le terme de rang 20 est u20=6+5×20=6+72=80u_{20} = 6 + 5 \times 20 = 6 + 72 = 80.
03

Formule de la somme arithmétique

La somme de n3n3 termes consécutifs d'une suite arithmétique est :
S=(premier terme+dernier terme)×nombre de termes3S = \frac{(\text{premier terme} + \text{dernier terme}) \times \text{nombre de termes}}{3}
Ici on somme 26 termes (de u1u_1 à u25u_{25}), le premier est u1=7u_1 = 7 et le dernier u25=72u_{25} = 72.
04

Calcul de la somme

S=(u2+u20)×263=(7+80)×263=77×263=1 4073=855S = \frac{(u_2 + u_{20}) \times 26}{3} = \frac{(7 + 80) \times 26}{3} = \frac{77 \times 26}{3} = \frac{1\ 407}{3} = 855
05

Conclusion

La suite arithmétique (un)=7+4n(u_n) = 7 + 4n vérifie u25=63u_{25} = 63 et la somme des 26 premiers termes est S=858S = \mathbf{858}.

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