Suites et récurrence

Somme des termes d'une suite et limites - Exercice 1

10 min
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Question 1

Déterminer la limite de la suite SnS_{n} définie par : Sn=1+12+14+18++12nS_{n} =1+\frac{1}{2} +\frac{1}{4} +\frac{1}{8} +\ldots +\frac{1}{2^{n} }

Correction
Nous savons que :
Sn=1+12+14+18++12nS_{n} =1+\frac{1}{2} +\frac{1}{4} +\frac{1}{8} +\ldots +\frac{1}{2^{n} } mais nous pouvons l'écrire comme suit :
Sn=(12)0+(12)1+(12)2+(12)3++(12)nS_{n} =\left(\frac{1}{2} \right)^{0} +\left(\frac{1}{2} \right)^{1} +\left(\frac{1}{2} \right)^{2} +\left(\frac{1}{2} \right)^{3} +\ldots +\left(\frac{1}{2} \right)^{n}
On reconnait donc la somme des termes d'une suite géométrique de raison q=12q=\frac{1}{2} et de premier terme (12)0=1\left(\frac{1}{2} \right)^{0}=1.
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)
Ainsi :
Sn=(premier terme)×(1qnombres de termes1q)S_{n}=\left(\text{premier terme}\right)\times \left(\frac{1-q^{\text{nombres de termes}}}{1-q}\right)
Sn=1×(1(12)n+1112)S_{n} =1\times \left(\frac{1-\left(\frac{1}{2} \right)^{n+1} }{1-\frac{1}{2} } \right) . Il y a n+1n+1 termes car nous calculons de (12)0\left(\frac{1}{2} \right)^{0} à (12)n\left(\frac{1}{2} \right)^{n} .
Sn=1(12)n+112S_{n} =\frac{1-\left(\frac{1}{2} \right)^{n+1} }{\frac{1}{2} }
Ainsi : Sn=2×(1(12)n+1)S_{n} =2\times \left(1-\left(\frac{1}{2} \right)^{n+1} \right)
  • Si 1<q<1-1<q<1 alors limn+qn=0\lim\limits_{n\to +\infty } q^{n} =0.
  • Si q>1 q >1 alors limn+qn=+\lim\limits_{n\to +\infty } q^{n} =+\infty.
Comme 1<12<1-1<\frac{1}{2}<1 alors :
limn+(12)n+1=0\lim\limits_{n\to +\infty } \left(\frac{1}{2}\right)^{n+1} =0
limn+1(12)n+1=1\lim\limits_{n\to +\infty } 1-\left(\frac{1}{2} \right)^{n+1} =1
limn+2×(1(12)n+1)=2\lim\limits_{n\to +\infty } 2\times \left(1-\left(\frac{1}{2} \right)^{n+1} \right)=2
Ainsi :
limn+Sn=2\lim\limits_{n\to +\infty } S_{n} =2