Soit n un entier naturel n. on définit la suite (un) par : un=∫01tncos(t)dt
Question 1
Montrer, que pour tout entier naturel n, la suite (un) est minorée par 0.
Correction
Positivité de l'intégrale. Soit f une fonction continue sur un intervalle [a;b].
Si f(x)≥0 sur [a;b] alors ∫abf(x)dx≥0
Soit n un entier naturel. Soit t∈[0;1], il en résulte donc que cos(t)≥0 et tn≥0. Il vient alors que , pour tout t∈[0;1], on a : tncos(t)≥0. D'après le rappel, nous pouvons écrire que : ∫01tncos(t)dt≥0 autrement dit : un≥0. Pour tout entier naturel n, la suite (un) est minorée par 0.
Question 2
Étudier le sens de variation de la suite (un).
Correction
Comme un=∫01tncos(t)dt alors un+1=∫01tn+1cos(t)dt. Ainsi : un+1−un=∫01tn+1cos(t)dt−∫01tncos(t)dt un+1−un=∫01(tn+1cos(t)−tncos(t))dt un+1−un=∫01(t×tncos(t)−tncos(t))dt car : tn+1=t×tn un+1−un=∫01(tncos(t)×(t−1))dt. Nous avons ici factorisé par tncos(t) . Il nous faut donc maintenant étudier le signe de : tncos(t)×(t−1). Soit t∈[0;1], il en résulte donc que cos(t)≥0 et tn≥0. De plus : 0≤t≤1 et donc −1≤t−1≤0 . Ainsi t−1≤0 . On peut conclure que : tncos(t)×(t−1)≤0 lorsque t∈[0;1]. D'après la positivité de l'intégrale, on a alors : ∫01(tncos(t)×(t−1))dt≤0. Finalement : un+1−un≤0. La suite (un) est donc décroissante.
Question 3
Que peut-on en déduire pour la suite (un).
Correction
Une suite décroissante et minorée est convergente, elle admet donc une limite finie.
Une suite croissante et majorée est convergente, elle admet donc une limite finie.
La suite (un) est minorée par 0 et décroissante donc la suite (un) est convergente.
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