🔴  Lives #BAC2024

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Les suites

Exercice 12 - Exercice 1

30 min
45
Pour vérifier ses acquis.
Question 1
Soit nn un nombre entier naturel.
Soit u0=12u_0 = \dfrac{1}{2}.
Soit ff la fonction définie par :
f:xx2+316f : x \longmapsto x^2 + \dfrac{3}{16}
On envisage la relation de récurrence un+1=f(un)u_{n+1} = f(u_n).

Etudier la suite (un)(u_n).

Correction
Comme u0u_0 est positif, cela implique immédiatement que tous les éléments unu_n sont strictement positifs.
Donc étudions les variations de ff sur R+\mathbb{R}^+.
La fonction ff est dérivable et continue sur R\mathbb{R}, donc également sur R+\mathbb{R}^+.
On a alors :
xR+,f(x)=x2+316f(x)=2x\forall x \in \mathbb{R}^+, \,\, f(x) = x^2 + \dfrac{3}{16} \,\,\, \Longrightarrow \,\,\, f'(x) = 2x
Donc la fonction ff est strictement croissante sur R+\mathbb{R}^+ et prend ses valeurs dans l'intervalle [316;+[\left[ \dfrac{3}{16} \,;\, + \infty \right[. Ceci se résume dans le tableau de variation suivant :
La fonction ff étant strictement croissante cela implique que la suite (un)(u_n) est monotone.
Afin d'obtenir le sens de variation de cette suite (un)(u_n) il nous suffit de déterminer le signe de l'expression u1u0u_1 - u_0. On a alors :
u1u0=(12)2+31612=14+31612=14+316=416+316=4+316u_1 - u_0 = \left( \dfrac{1}{2} \right)^2 + \dfrac{3}{16} - \dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{4} + \dfrac{3}{16} - \dfrac{1}{2} = -\dfrac{1}{4} + \dfrac{3}{16} = -\dfrac{4}{16} + \dfrac{3}{16} = \dfrac{-4+3}{16}
Donc :
u1u0=116=116u_1 - u_0 = \dfrac{-1}{16} = - \dfrac{1}{16}
Ainsi :
u1u0<0u_1 - u_0 < 0
Ce qui entraine que :
u1<u0u_1 < u_0
De fait la suite (un)(u_n) est décroissante.
De plus cette suite (un)(u_n) est minorée par la valeur 316\dfrac{3}{16}, donc cette suite converge vers une limite réelle \ell, encore inconnue.
La fonction ff étant continue sur R\mathbb{R} cela nous permet d'affirmer que la limite \ell de la suite (un)(u_n) vérifie l'égalité :
=f()=2+3162+316=0\ell = f(\ell) \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \ell = \ell^2 + \dfrac{3}{16} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \ell^2 - \ell+ \dfrac{3}{16} = 0
Le discriminant associé est Δ=(1)24×1×316=11216=16161216=161216=416=14>0\Delta = (-1)^2 - 4 \times 1 \times \dfrac{3}{16} = 1 - \dfrac{12}{16} = \dfrac{16}{16} - \dfrac{12}{16} = \dfrac{16-12}{16} = \dfrac{4}{16} = \dfrac{1}{4} > 0. Ainsi on constate que nous avons deux solutions distinctes pour \ell. De plus Δ=14=12\sqrt{\Delta} = \sqrt{\dfrac{1}{4}} = \dfrac{1}{2}.
On a alors :
=(1)±122×1=1±122=12±14\ell = \dfrac{-(-1) \pm \dfrac{1}{2}}{2 \times 1} = \dfrac{1 \pm \dfrac{1}{2}}{2} = \dfrac{1}{2} \pm \dfrac{1}{4}
Comme la suite (un)(u_n) débute à 12\dfrac{1}{2} et est décroissant, cela implique de fait que la valeur =12+14>12\ell = \dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{4} > \dfrac{1}{2} est impossible.
On peut donc affirmer que la limite de la suite (un)(u_n) est =1214=14\ell = \dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{4} = \dfrac{1}{4}.
En conclusion, la (un)(u_n) est décroissante et convergente, avec pour limite =14\ell = \dfrac{1}{4}.