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Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites / Annales du bac

Bac 2025, Amérique du Sud : exercice 3

14 novembre 2025 · jour 2 · 4 points Python

On considère les suites (vn)(v_n) et (wn)(w_n) définies pour tout entier naturel nn par :

{v0=ln⁡(4)vn+1=ln⁡(−1+2evn)etwn=(−1+evn.\left\{\begin{array}{l c l} v_0 &=& \ln (4)\\ v_{n+1} &=& \ln \left(- 1 +2\mathrm{e}^{v_n}\right) \end{array}\right. \qquad \text{et} \qquad w_n = (- 1 + \mathrm{e}^{v_n}.

On admet que la suite (vn)(v_n) est bien définie et strictement positive.

  1. Donner les valeurs exactes de v1v_1 et w0w_0.

    1. Une partie d'une feuille de calcul où figurent les indices et les termes des suites (vn)(v_n) et (wn)(w_n) est reproduite ci-contre.

      Parmi les trois formules ci-dessous, choisir la formule qui, saisie dans la cellule B3 puis recopiée vers le bas, permettra d'obtenir les valeurs de la suite (vn)(v_n) dans la colonne B.

      Formule 1LN(−1+2-1 + 2 * EXP(B2))
      Formule 2= LN(−1+2-1 + 2 * EXP(B2))
      Formule 3= LN(−1+2-1 + 2 * EXP(A2))
    2. Conjecturer le sens de variation de la suite (vn)(v_n).

    3. À l'aide d'un raisonnement par récurrence, valider votre conjecture concernant le sens de variation de la suite (vn)(v_n).

ABC
1nnvnv_nwnw_n
201,386294363
311,945910156
422,5649493612
533,2188758224
643,891820348
754,5747109896
865,26269019192
975,95324333384
1086,6450909 7768
1197,337587741536
12108,030409563072
13118,723394026144
14129,4164598312288
151310,109566324576
161410,802693249152
171511,495830298304
181612,1889723196608
191712,8821169393216
    1. Démontrer que la suite (wn)(w_n) est géométrique.

    2. En déduire que pour tout entier naturel n, vn=ln⁡(1+3×2n)n, \, v_n = \ln \left(1 + 3 \times 2^n\right).

    3. Déterminer la limite de la suite (vn)(v_n).

  1. Justifier que l'algorithme suivant écrit en langage Python renvoie un résultat quel que soit le choix de la valeur du nombre S.

    from math import*
    def seuil(S):
             V=ln(4)
             n=0
             while V < S :
                   n=n+1
                   V=ln(2*exp(V)-1)
             return(n)
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Question 1. On a v0=ln⁡4v_0=\ln 4, donc ev0=eln⁡4=4\mathrm{e}^{v_0}=\mathrm{e}^{\ln 4}=4.

On en déduit :

v1=ln⁡(−1+2ev0)=ln⁡(−1+2×4)=ln⁡7v_1=\ln\left(-1+2\mathrm{e}^{v_0}\right)=\ln(-1+2\times 4)=\ln 7
w0=−1+ev0=−1+4=3.w_0=-1+\mathrm{e}^{v_0}=-1+4=3.

Donc v1=ln⁡7v_1=\ln 7 et w0=3w_0=3.

Réponse : v1=ln⁡7v_1=\ln 7 et w0=3w_0=3.

Question 2. a) Réponse : Formule 2.

Pour qu'un tableur effectue un calcul, la formule doit commencer par le signe « = ». La formule 1 serait lue comme du texte : elle est exclue.

La cellule B3 doit contenir v1=ln⁡(−1+2ev0)v_1=\ln\left(-1+2\mathrm{e}^{v_0}\right), où v0v_0 se trouve dans la cellule B2. La formule doit donc faire référence à B2. La formule 3 fait référence à A2, qui contient l'indice nn et non le terme vnv_n : elle est exclue.

Donc la formule à saisir en B3 est = LN(-1 + 2 * EXP(B2)).

Question 2. b) D'après le tableau, les valeurs de la colonne B augmentent à chaque ligne : 1,386…<1,945…<2,564…<…1{,}386\ldots<1{,}945\ldots<2{,}564\ldots<\ldots

Donc on conjecture que la suite (vn)(v_n) est strictement croissante.

Question 2. c) On note ff la fonction définie par f(x)=ln⁡(−1+2ex)f(x)=\ln\left(-1+2\mathrm{e}^{x}\right), de sorte que vn+1=f(vn)v_{n+1}=f(v_n) pour tout entier naturel nn.

La fonction x↦−1+2exx\mapsto -1+2\mathrm{e}^{x} est strictement croissante sur R\mathbb{R} (la fonction exponentielle est strictement croissante). La fonction ln⁡\ln est strictement croissante sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. Donc, par composition, ff est strictement croissante sur l'intervalle où elle est définie, qui contient ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[ : pour x>0x>0, ex>1\mathrm{e}^x>1 donc −1+2ex>1>0-1+2\mathrm{e}^x>1>0.

Pour tout entier naturel nn, on pose P(n)P(n) : « vn⩽vn+1v_n\leqslant v_{n+1} ».

Initialisation. On a v0=ln⁡4v_0=\ln 4 et v1=ln⁡7v_1=\ln 7. Comme 4<74<7 et que ln⁡\ln est strictement croissante, v0<v1v_0<v_1. Donc P(0)P(0) est vraie.

Hérédité. Soit kk un entier naturel fixé tel que P(k)P(k) soit vraie, c'est-à-dire vk⩽vk+1v_k\leqslant v_{k+1} (hypothèse de récurrence).

Montrons que P(k+1)P(k+1) est vraie, c'est-à-dire vk+1⩽vk+2v_{k+1}\leqslant v_{k+2}.

Les réels vkv_k et vk+1v_{k+1} sont strictement positifs (propriété admise), donc ils appartiennent à l'intervalle ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[ sur lequel ff est croissante.

On applique ff à chaque membre de l'inégalité en conservant le sens :

f(vk)⩽f(vk+1),f(v_k)\leqslant f(v_{k+1}),
c'est-à-dire vk+1⩽vk+2v_{k+1}\leqslant v_{k+2}. Donc P(k+1)P(k+1) est vraie.

Conclusion. P(0)P(0) est vraie et PP est héréditaire : d'après le principe de récurrence, P(n)P(n) est vraie pour tout entier naturel nn.

Donc la suite (vn)(v_n) est croissante, ce qui valide la conjecture.

Question 3. a) Pour tout entier naturel nn :

wn+1=−1+evn+1=−1+eln⁡(−1+2evn)=−1+(−1+2evn)=2evn−2=2(−1+evn)=2wn.\begin{aligned} w_{n+1}&=-1+\mathrm{e}^{v_{n+1}}\\ &=-1+\mathrm{e}^{\ln\left(-1+2\mathrm{e}^{v_n}\right)}\\ &=-1+\left(-1+2\mathrm{e}^{v_n}\right)\\ &=2\mathrm{e}^{v_n}-2\\ &=2\left(-1+\mathrm{e}^{v_n}\right)\\ &=2w_n. \end{aligned}

L'égalité eln⁡y=y\mathrm{e}^{\ln y}=y s'applique car −1+2evn>0-1+2\mathrm{e}^{v_n}>0 (vn+1v_{n+1} est bien défini).

Donc la suite (wn)(w_n) est géométrique de raison 22 et de premier terme w0=3w_0=3.

Question 3. b) Une suite géométrique de raison 22 et de premier terme 33 vérifie wn=3×2nw_n=3\times 2^n pour tout entier naturel nn.

Or wn=−1+evnw_n=-1+\mathrm{e}^{v_n}, donc

evn=1+3×2n.\mathrm{e}^{v_n}=1+3\times 2^n.

On applique la fonction ln⁡\ln (les deux membres sont strictement positifs) :

vn=ln⁡(1+3×2n).v_n=\ln\left(1+3\times 2^n\right).

Donc, pour tout entier naturel nn, vn=ln⁡(1+3×2n)v_n=\ln\left(1+3\times 2^n\right).

Question 3. c) Comme 2>12>1, on a lim⁡n→+∞2n=+∞\lim\limits_{n\to+\infty}2^n=+\infty.

Donc, par produit puis somme :

lim⁡n→+∞(1+3×2n)=+∞.\lim_{n\to+\infty}\left(1+3\times 2^n\right)=+\infty.

Par ailleurs lim⁡X→+∞ln⁡X=+∞\lim\limits_{X\to+\infty}\ln X=+\infty. D'après le théorème de composition des limites :

lim⁡n→+∞vn=+∞.\lim_{n\to+\infty}v_n=+\infty.

Donc la suite (vn)(v_n) tend vers +∞+\infty.

Réponse : lim⁡n→+∞vn=+∞\lim\limits_{n\to+\infty}v_n=+\infty.

Question 4. Dans la fonction seuil, la variable V contient successivement les termes v0,v1,v2,…v_0,v_1,v_2,\ldots : la ligne V=ln(2*exp(V)-1) calcule vn+1v_{n+1} à partir de vnv_n, et n est l'indice du terme contenu dans V.

La boucle while V < S s'arrête dès que vn⩾Sv_n\geqslant S.

Soit SS un réel quelconque. Comme lim⁡n→+∞vn=+∞\lim\limits_{n\to+\infty}v_n=+\infty, il existe un rang n0n_0 tel que vn⩾Sv_n\geqslant S pour tout n⩾n0n\geqslant n_0 (définition de la limite +∞+\infty avec l'intervalle [S ;+∞[[S\,;+\infty[).

Donc la condition V < S devient fausse au bout d'un nombre fini d'itérations : la boucle se termine et la fonction renvoie un résultat.

Donc, quelle que soit la valeur de SS, la fonction seuil renvoie le plus petit entier nn tel que vn⩾Sv_n\geqslant S.

Points clés attendus

  • Récurrence rédigée : initialisation, hérédité avec « soit kk fixé », croissance de la fonction ff sur l'intervalle contenant les termes, conclusion.

  • Pour la suite géométrique : calculer wn+1w_{n+1} en fonction de wnw_n et utiliser eln⁡y=y\mathrm{e}^{\ln y}=y.

  • Déduire vnv_n de wnw_n en passant par evn\mathrm{e}^{v_n} puis par ln⁡\ln.

  • Limite par composition : limite de 2n2^n avec 2>12>1, puis limite de ln⁡\ln en +∞+\infty.

  • Pour l'algorithme : la limite +∞+\infty garantit que la condition d'arrêt est atteinte pour tout seuil SS.

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Comment t'entraîner

Chronomètre-toi, rédige sur papier comme le jour du bac, puis seulement après regarde le cours. Si tu bloques sur une question, écris « on admet que… » et passe à la suivante.

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Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2025 (Amérique du Sud, 14 novembre 2025 (jour 2)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès et François Hache) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.

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