Suites et limites

Suites arithmético-géométriques - Exercice 3

15 min
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Soit (un)\left(u_{n} \right) la suite définie par u0=4u_{0} =4e t pour tout entier naturel nn, on a un+1=0,75un2,5u_{n+1} =0,75u_{n} -2,5
Soit vn=un+10v_{n} =u_{n} +10
Question 1

Démontrer que la suite (vn)\left(v_{n} \right) est géométrique de raison 0,750,75.
Préciser v0v_{0} .

Correction
vn=un+10v_{n} =u_{n} +10
On va écrire maintenant l'expression au rang n+1n+1 , il vient alors que :
vn+1=un+1+10v_{n+1} =u_{n+1} +10
On connait l'expression de un+1u_{n+1} , on la remplace et on obtient :
vn+1=0,75un2,5+10v_{n+1} =0,75u_{n} -2,5+10
vn+1=0,75un+7,5v_{n+1} =0,75u_{n} +7,5
vn+1=0,75un+7,5v_{n+1} ={\color{blue}0,75}u_{n} +7,5 . Nous allons factoriser l'expression par 0,75{\color{blue}0,75} .
vn+1=0,75(un+7,50,75)v_{n+1} =0,75\left(u_{n} +\frac{7,5}{0,75} \right)
vn+1=0,75(un+10)v_{n+1} =0,75\left({\color{red} u_{n} +10}\right) . Or : vn=un+10{\color{red}v_{n} = u_{n} +10}
vn+1=0,75vnv_{n+1} =0,75v_{n}

Ainsi la suite (vn)\left(v_{n} \right) est géométrique de raison q=0,75q=0,75 et de premier terme v0=u0+10=4+10v_{0} =u_{0} +10=4+10 donc v0=14v_{0} =14
Question 2

Exprimer, pour tout entier naturel nn, vnv_{n} en fonction de nn.

Correction
  • L'expression de vnv_{n} en fonction de nn est donnée par la formule
    vn=v0×qnv_{n} =v_{0} \times q^{n}
Ainsi : vn=14×0,75nv_{n} =14\times 0,75^{n}
Question 3

En déduire que pour tout entier naturel nn, un=14×0,75n10u_{n} =14\times 0,75^{n} -10.

Correction
On sait que vn=un+10v_{n} =u_{n} +10 donc vn10=unv_{n} -10=u_{n}
Il vient alors que un=14×0,75n10u_{n} =14\times 0,75^{n} -10
Question 4

Calculer la limite de la suite (un)\left(u_{n} \right).

Correction
  • Si 0<q<10<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 0<0,75<10< 0,75< 1 alors :
limn+(0,75)n=0\lim\limits_{n\to +\infty } \left(0,75\right)^{n} =0
limn+14×(0,75)n=0\lim\limits_{n\to +\infty } 14\times \left(0,75\right)^{n} =0
limn+14×(0,75)n10=10\lim\limits_{n\to +\infty } 14\times \left(0,75\right)^{n} -10=-10
Ainsi :
limn+un=10\lim\limits_{n\to +\infty } u_{n} =-10