Les suites numériques

Exercice 6 - Exercice 1

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Soit la suite (un)\left(u_{n} \right) définie par u0=150u_{0} =150 et pour tout entier naturel nn, un+1=0,8un+45u_{n+1} =0,8u_{n} +45.
Question 1

Calculer u1u_{1} et u2u_{2} .

Correction
D'une part,
u1=0,8u0+45 u_{1} =0,8u_{0} +45~
u1=0,8×150+45u_{1} =0,8\times 150+45
u1=165u_{1} =165

D'autre part,
u2=0,8u1+45u_{2} =0,8u_{1} +45
u2=0,8×165+45u_{2} =0,8\times 165+45
u2=177u_{2} =177
Question 2
Voici deux propositions d'algorithmes :
Algorithme 1
Variables
NN est un entier naturel
UU est un nombre réel
Initialisation
UU prend la valeur 150150
NN prend la valeur 00
Traitement
Tant que U220U\ge 220
UU prend la valeur 0,8×U+450,8\times U+45
NN prend la valeur N+1N+1
Fin Tant que
Sortie
Afficher NN

Algorithme 2
Variables
NN est un entier naturel
UU est un nombre réel
Initialisation
UU prend la valeur 150150
NN prend la valeur 00
Traitement
Tant que U<220U<220
UU prend la valeur 0,8×U+450,8\times U+45
NN prend la valeur N+1N+1
Fin Tant que
Sortie
Afficher NN

Un seul de ces algorithmes permet de calculer puis d'afficher le plus petit entier naturel nn tel que un220u_{n} \ge 220.
Préciser lequel en justifiant pourquoi l'autre algorithme ne le permet pas.

Correction
Dans l'algorithme 11, la condition pour entrer dans la boucle est « Tant que U220U\ge 220 » ; la valeur de UU est initialisée à 150150 qui est inférieur à 220220 donc on n'entre jamais dans la boucle « Tant que ».
Le bon algorithme est le 22.
Question 3

Quelle est la valeur numérique affichée par l'algorithme choisi à la question précédente ?

Correction
On calcule les premiers termes de la suite (un)(u_{n} ) à la calculatrice et on trouve :
u12219,8u_{12} \approx 219,8 et u13220,9u_{13} \approx 220,9 donc l'algorithme 22 affiche pour valeur de n=13n=13.
Question 4
On considère la suite (vn)(v_{n} ) définie pour tout entier naturel nn par : vn=un225v_{n} =u_{n} -225.

Démontrer que (vn)(v_{n} ) est une suite géométrique et préciser son premier terme et sa raison.

Correction
vn=un225v_{n} =u_{n} -225
vn+1=un+1225v_{n+1} =u_{n+1} -225
vn+1=0,8un+45225v_{n+1} =0,8u_{n} +45-225
Or vn=un225v_{n} =u_{n} -225 donc vn+225=unv_{n} +225=u_{n}
vn+1=0,8(vn+225)180v_{n+1} =0,8\left(v_{n} +225\right)-180
vn+1=0,8vn+0,8×225180v_{n+1} =0,8v_{n} +0,8\times 225-180
vn+1=0,8vn+180180v_{n+1} =0,8v_{n} +180-180
vn+1=0,8vnv_{n+1} =0,8v_{n}

Donc la suite (vn)(v_{n} ) est géométrique de raison q=0,8q=0,8 et de premier terme v0=75v_{0} =-75 car v0=u0225=150225=75v_{0} =u_{0} -225=150-225=-75.
Question 5

En déduire que pour tout entier naturel nn, un=22575×0,8nu_{n} =225-75\times 0,8^{n} .

Correction
Exprimons tout d'abord vnv_{n} en fonction de nn.
Ainsi vn=v0×qnv_{n} =v_{0} \times q^{n} d'où vn=75×0,8nv_{n} =-75\times 0,8^{n} .
Puis maintenant exprimons unu_{n} en fonction de nn.
Comme vn=un225v_{n} =u_{n} -225 donc vn+225=unv_{n} +225=u_{n} .
Ainsi :
un=22575×0,8nu_{n} =225-75\times 0,8^{n}
Question 6
Une petite ville de province organise chaque année une course à pied dans les rues de son centre.
En 20152015, le nombre de participants à cette course était de 150150.
On fait l'hypothèse que d'une année sur l'autre :
  • 20%20\% des participants ne reviennent pas l'année suivante
  • 4545 nouveaux participants s'inscrivent à la course
La petite taille des ruelles du centre historique de la ville oblige les organisateurs à limiter le nombre de participants à 250250.

Vont-ils devoir refuser des inscriptions dans les années à venir ?
Justifier la réponse.

Correction
D'une année nn à une année n+1n+1, 20%20\% des participants ne reviennent pas donc 80%80\% reviennent et de plus, 45 nouveaux participants s'inscrivent chaque année ; on multipliera donc le nombre de participants de l'année nn par 0,80,8 et on ajoutera 4545 pour obtenir le nombre de participants de l'année n+1n+1.
Le nombre de participants l'année 20152015 est de 150150 donc le nombre de participants peut être modélisé par la suite (unu_{n}) précédemment définie où un représente le nombre de participants l'année2015+n2015+n.
Pour l'année 2015+n2015+n, le nombre de participants est donc un=22575×0,8nu_{n} =225-75\times 0,8^{n} .
Pour tout nn, 22575×0,8n<225225-75\times 0,8^{n} <225 donc le nombre de 250250 participants ne sera jamais atteint ; il n'y aura donc pas lieu de refuser des inscriptions dans les années à venir.