Suites arithmétiques et géométriques

Petits problèmes.. - Exercice 2

15 min
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Question 1
La suite (un)\left(u_{n} \right) est une suite géométrique de raison qq et de premier terme u0u_{0}.
On donne u3=32u_{3}=32 et u6=256u_{6}=256

Déterminer la raison qq et le premier terme u0u_{0}.

Correction
L'expression de unu_{n} en fonction de nn est : un=up×qnpu_{n} =u_{p} \times q^{n-p}
Il vient alors que :
u6=u3×q63u_{6} =u_{3} \times q^{6-3} équivaut successivement à :
u6=u3×q3u_{6} =u_{3} \times q^{3}
256=32×q3256 =32\times q^{3}
25632=q3\frac{256}{32} =q^{3}
q3=8q^{3}=8 alors
q=2q=2
.
Maintenant, pour calculer la valeur de u0u_{0} , on exprime unu_{n} en fonction de nn. Ainsi :
un=up×qnpu_{n} =u_{p} \times q^{n-p} équivaut successivement à :
u3=u0×q30u_{3} =u_{0} \times q^{3-0}
32=u0×2332 =u_{0} \times 2^{3}
u0=328u_{0}=\frac{32}{8}
u0=4u_{0}=4

Il en résulte donc que : un=4×2nu_{n} =4 \times 2^{n}
Question 2

Déterminer nn pour que un=131u_{n}=131 072072.

Correction
Comme un=4×2nu_{n} =4 \times 2^{n} alors il nous faut résoudre l'équation :
4×2n=131  072 4 \times 2^{n}=131\;072 équivaut successivement à :
2n=131  0724 2^{n}=\frac{131\;072}{4}
2n=131  0724 2^{n}=\frac{131\;072}{4}
2n=32 2^{n}=32 768768
A l'aide de la calculatrice et du tableur, on remarque que : 215=32 2^{15}=32 768768
Il en résulte donc que u15=131u_{15}=131 072072.
Question 3

Calculer la somme S=4+8+16++131  072S=4+8+16+\ldots +131\;072 .

Correction
La somme des termes d'une suite géométrique est donnée par la formule suivante :
u0+u1++un=(premier terme)×(1qnombres de termes1q)u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{n}=\left(\text{premier terme}\right)\times \left(\frac{1-q^{\text{nombres de termes}}}{1-q}\right)
S=4+8+16++131  072S=4+8+16+\ldots +131\;072 équivaut successivement à :
S=u0+u1+u2++u15S=u_{0}+u_{1}+u_{2}+\ldots +u_{15} . Il s'agit de la somme des termes d'une suite géométrique de raison 22.
De plus, il y a en tout 1616 termes en partant de u0 u_{0} à u15 u_{15}.
On applique la formule :
u0+u1++u15=(premier terme)×(1qnombres de termes1q)u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{15}=\left(\text{premier terme}\right)\times \left(\frac{1-q^{\text{nombres de termes}}}{1-q}\right)
u0+u1++u15=u0×(1q161q)u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{15}=u_{0} \times \left(\frac{1-q^{16} }{1-q} \right)
u0+u1++u15=4×(121612)u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{15}=4 \times \left(\frac{1-2^{16} }{1-2} \right)
u0+u1++u15=262u_{0} +u_{1} +\ldots +u_{15}=262 140140
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.