Suites arithmétiques et géométriques

Petits problèmes.. - Exercice 1

15 min
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Question 1
Soit (un)\left(u_{n} \right) une suite arithmétique de raison r=6r=6 et de premier terme u0=8u_{0}=8.
Soit Sn=u0+u1++unS_{n}=u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{n} . On voudrait déterminer nn pour que Sn=1  702S_{n}=1\;702

Déterminer unu_{n} en fonction de nn.

Correction
L'expression de unu_{n} en fonction de nn est : un=up+(np)×ru_{n} =u_{p} +\left(n-p\right)\times r
On peut écrire, dans notre cas, que :
un=u0+(n0)×ru_{n} =u_{0} +\left(n-0\right)\times r équivaut successivement à :
un=u0+n×ru_{n} =u_{0} +n\times r
Ainsi :
un=8+6nu_{n} =8 +6n
Question 2

Montrer que Sn=1  702S_{n}=1\;702 est équivalent à 3n2+11n1  694=03n^{2} +11n-1\;694=0.

Correction
La somme des termes d'une suite arithmétique est donnée par la formule suivante :
u0+u1++un=(nombres de termes)×(premier terme+dernier terme2)u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{n}=\left(\text{nombres de termes}\right)\times \left(\frac{\text{premier terme} + \text{dernier terme}}{2}\right)
Sn=1702S_{n}=1702 équivaut successivement à :
u0+u1++un=1702u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{n}=1702
Nous avons en tout n+1n+1 termes en partant de u0u_{0} jusqu'à unu_{n}.
(nombres de termes)×(premier terme+dernier terme2)=1702\left(\text{nombres de termes}\right)\times \left(\frac{\text{premier terme} + \text{dernier terme}}{2}\right)=1702
(nombres de termes)×(u0+un2)=1702\left(\text{nombres de termes}\right)\times \left(\frac{u_{0}+u_{n}}{2}\right)=1702
(n+1)×(8+8+6n2)=1702\left(n+1\right)\times \left(\frac{8+8+6n}{2} \right)=1702
(n+1)×(16+6n2)=1702\left(n+1\right)\times \left(\frac{16+6n}{2} \right)=1702 . Nous allons diviser par 22 l'expression à l'intérieur de la parenthèse.
(n+1)×(8+3n)=1702\left(n+1\right)\times \left(8+3n\right)=1702
8n+3n2+8+3n=17028n+3n^{2} +8+3n=1702
3n2+11n+8=17023n^{2} +11n+8=1702
3n2+11n1694=03n^{2} +11n-1694=0
Pour savoir le nombre de termes présents dans une somme, faites le calcul suivant : grand indicepetit indice+1\text{grand indice} - \text{petit indice} +1
  • La somme S=u0+u1+u2++unS=u_{0} +u_{1} +u_{2} +\ldots +u_{n} comprend n+1n+1 termes. Ici le plus grand indice est nn , le plus petit indice est 00. Ainsi le nombre de termes est égale à : n0+1=n+1n-0+1=n+1. Nous avons donc n+1n+1 termes.
  • La somme S=u1+u2++unS=u_{1} +u_{2} +\ldots +u_{n} comprend nn termes. Ici le plus grand indice est nn , le plus petit indice est 11. Ainsi le nombre de termes est égale à : n1+1=nn-1+1=n. Nous avons donc nn termes.
  • La somme S=up+up+1++unS=u_{p} +u_{p+1} +\ldots +u_{n} comprend np+1n-p+1 termes. Ici le plus grand indice est nn , le plus petit indice est pp. Ainsi le nombre de termes est égale à : np+1=nn-p+1=n. Nous avons donc np+1n-p+1 termes.
  • La somme S=u5+u6++u22S=u_{5} +u_{6} +\ldots +u_{22} comprend 1818 termes. Ici le plus grand indice est 2222 , le plus petit indice est 55. Ainsi le nombre de termes est égale à : 225+1=1822-5+1=18. Nous avons donc 1818 termes.
  • Question 3

    Déterminer la valeur de nn.

    Correction
    3n2+11n1694=03n^{2} +11n-1694=0 est un trinôme du second degré. Nous allons donc utiliser le discriminant pour résoudre cette équation.
    Calcul du discriminant Δ=b24ac\Delta =b^{2} -4ac
    Ainsi : Δ=1124×3×(1694)\Delta =11^{2} -4\times 3\times \left(-1694\right)
    Δ=20449\Delta =20449
    Comme Δ>0\Delta >0 alors l'équation admet deux racines réelles distinctes notées x1x{}_{1} et x2x{}_{2} telles que :
    n1=bΔ2an{}_{1} =\frac{-b-\sqrt{\Delta } }{2a} ainsi n1=11204492×3n{}_{1} =\frac{-11-\sqrt{20449} }{2\times 3} d'où n1=773n{}_{1} =-\frac{77}{3}
    n2=b+Δ2an{}_{2} =\frac{-b+\sqrt{\Delta } }{2a} ainsi n2=11+204492×3n{}_{2} =\frac{-11+\sqrt{20449} }{2\times 3} d'où n2=22n{}_{2} =22
    Les racines de l'équation 3n2+11n1694=03n^{2} +11n-1694=0 sont donc : S={773;22}S=\left\{-\frac{77}{3};22\right\}
    Cependant, ici nous ne retenons pas la racine n1=773n{}_{1} =-\frac{77}{3} car nn étant un entier naturel il ne peut pas être négatif.
    Il en résulte donc que Sn=1702S_{n}=1702 lorsque n=22n=22.