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 U≥220U\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 un≥220u_{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 U≥220U\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 :
u12≈219,8u_{12} \approx 219,8 et u13≈220,9u_{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=un−225v_{n} =u_{n} -225.

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

Correction
vn=un−225v_{n} =u_{n} -225
vn+1=un+1−225v_{n+1} =u_{n+1} -225
vn+1=0,8un+45−225v_{n+1} =0,8u_{n} +45-225
Or vn=un−225v_{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+0,8×225−180v_{n+1} =0,8v_{n} +0,8\times 225-180
vn+1=0,8vn+180−180v_{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=u0−225=150−225=−75v_{0} =u_{0} -225=150-225=-75.
Question 5

En déduire que pour tout entier naturel nn, un=225−75×0,8nu_{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=un−225v_{n} =u_{n} -225 donc vn+225=unv_{n} +225=u_{n} .
Ainsi :
un=225−75×0,8nu_{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=225−75×0,8nu_{n} =225-75\times 0,8^{n} .
Pour tout nn, 225−75×0,8n<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.

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