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

Bac 2026, Métropole : exercice 2

8 septembre 2026 · jour 1 · 5 points Python

Partie A

Soit ff la fonction définie sur ]−3  ;  +∞[]-3\;;\;+\infty[ par :

f()=2xx+3.f() = \dfrac{2x}{x + 3}.

On admet que ff est dérivable sur ]−3  ;  +∞[]-3\;;\;+\infty[.

  1. Vérifier, en détaillant les calculs, que pour tout réel xx de ]−3  ;  +∞[, f′(x)=6(x+3)2]-3\;;\;+\infty[,\, f'(x) = \dfrac{6}{(x + 3)^2}.

    En déduire que ff est croissante sur ]−3  ;  +∞[]-3\;;\;+\infty[.

Soit (un)(u_n) la suite définie par u0=1u_0 = 1 et pour tout entier naturel nn par un+1=f(un)u_{n+1} = f(u_n).

  1. Démontrer, par récurrence, que pour tout entier nn, on a : 0⩽un+1⩽un⩽1.0 \leqslant u_{n+1} \leqslant u_n \leqslant 1.

  2. En déduire que (un)(u_n) est convergente.

Partie B

On admet que pour tout entier naturel n, un≠0n,\,u_n \ne 0.

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

vn=1unetwn=vn+1.v_n = \dfrac{1}{u_n} \quad et \quad w_n = v_n + 1.

  1. Vérifier que, pour tout entier naturel nn,   vn+1=32vn+12v_{n+1} = \dfrac32 v_n + \dfrac12.

  2. Démontrer que (wn)(w_n) est une suite géométrique dont on précisera les paramètres.

  3. En déduire que, pour tout entier naturel nn,

    un=12(32)n−1u_n = \dfrac{1}{2\left(\frac32\right)^n - 1}

  4. Déterminer la limite de la suite (un)(u_n).

    1. Recopier et compléter le script suivant de telle sorte que la fonction seuil() renvoie le plus petit entier nn tel que unu_n soit inférieur ou égal à 10−310^{-3}.

      1  def seuil():
      2       n = 0
      3       u = 1
      4       while \ldots :
      5            n = n + 1
      6            u = \ldots
      7       return \ldots
    2. Quelle est la valeur renvoyée par la fonction seuil() ?

Voir le corrigé

Partie A

L'énoncé écrit « f()=2xx+3f()=\dfrac{2x}{x+3} » : il s'agit de la fonction f(x)=2xx+3f(x)=\dfrac{2x}{x+3}.

Question 1.

La fonction ff est dérivable sur ]−3 ;+∞[]-3\,;+\infty[ (donnée de l'énoncé)   c'est un quotient de fonctions dérivables dont le dénominateur x+3x+3 ne s'annule pas sur cet intervalle.

On pose u(x)=2xu(x)=2x et w(x)=x+3w(x)=x+3, d'où u′(x)=2u'(x)=2 et w′(x)=1w'(x)=1.

D'après la formule de dérivation d'un quotient (uw)′=u′w−uw′w2\left(\dfrac uw\right)'=\dfrac{u'w-uw'}{w^2}, pour tout x>−3x>-3 :

f′(x)=2(x+3)−2x×1(x+3)2=2x+6−2x(x+3)2=6(x+3)2.f'(x)=\dfrac{2(x+3)-2x\times1}{(x+3)^2}=\dfrac{2x+6-2x}{(x+3)^2}=\dfrac{6}{(x+3)^2}.

Pour tout x>−3x>-3, on a (x+3)2>0(x+3)^2>0, donc f′(x)=6(x+3)2>0f'(x)=\dfrac{6}{(x+3)^2}>0.

Une fonction dérivable de dérivée strictement positive sur un intervalle est strictement croissante sur cet intervalle.

Donc ff est strictement croissante sur ]−3 ;+∞[]-3\,;+\infty[.

Question 2.

Pour tout entier naturel nn, on note P(n)\mathcal P(n) la propriété : 0⩽un+1⩽un⩽10\leqslant u_{n+1}\leqslant u_n\leqslant1.

Initialisation.

On a u0=1u_0=1 et u1=f(u0)=f(1)=2×11+3=12u_1=f(u_0)=f(1)=\dfrac{2\times1}{1+3}=\dfrac12.

Donc 0⩽u1⩽u0⩽10\leqslant u_1\leqslant u_0\leqslant1 car 0⩽12⩽1⩽10\leqslant\dfrac12\leqslant1\leqslant1 : P(0)\mathcal P(0) est vraie.

Hérédité.

Soit kk un entier naturel fixé tel que P(k)\mathcal P(k) soit vraie, c'est-à-dire

0⩽uk+1⩽uk⩽1(hypotheˋse de reˊcurrence).0\leqslant u_{k+1}\leqslant u_k\leqslant1\qquad\text{(hypothèse de récurrence).}

Montrons que P(k+1)\mathcal P(k+1) est vraie, c'est-à-dire 0⩽uk+2⩽uk+1⩽10\leqslant u_{k+2}\leqslant u_{k+1}\leqslant1.

Les réels 00, uk+1u_{k+1}, uku_k et 11 appartiennent à [0 ;1]⊂ ]−3 ;+∞[[0\,;1]\subset\,]-3\,;+\infty[, intervalle sur lequel ff est strictement croissante (question 1).

On applique ff à chaque membre de l'hypothèse de récurrence en conservant le sens des inégalités :

f(0)⩽f(uk+1)⩽f(uk)⩽f(1).f(0)\leqslant f(u_{k+1})\leqslant f(u_k)\leqslant f(1).

On a f(0)=0f(0)=0, f(uk+1)=uk+2f(u_{k+1})=u_{k+2}, f(uk)=uk+1f(u_k)=u_{k+1} et f(1)=12f(1)=\dfrac12.

On obtient donc

0⩽uk+2⩽uk+1⩽12.0\leqslant u_{k+2}\leqslant u_{k+1}\leqslant\dfrac12.

Comme 12⩽1\dfrac12\leqslant1, on en déduit 0⩽uk+2⩽uk+1⩽10\leqslant u_{k+2}\leqslant u_{k+1}\leqslant1.

Donc P(k+1)\mathcal P(k+1) est vraie.

Conclusion.

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

Donc, pour tout entier naturel nn, 0⩽un+1⩽un⩽10\leqslant u_{n+1}\leqslant u_n\leqslant1.

Question 3.

D'après la question 2, pour tout entier nn, un+1⩽unu_{n+1}\leqslant u_n : la suite (un)(u_n) est décroissante.

D'après la même question, un⩾un+1⩾0u_n\geqslant u_{n+1}\geqslant0 pour tout nn : la suite (un)(u_n) est minorée par 00.

D'après le théorème de la limite monotone (toute suite décroissante et minorée converge), la suite (un)(u_n) est convergente.

Partie B

Question 1.

On admet que un≠0u_n\neq0 pour tout nn, donc vn=1unv_n=\dfrac1{u_n} est bien défini.

Pour tout entier naturel nn, on a un+1=2unun+3u_{n+1}=\dfrac{2u_n}{u_n+3}, donc

vn+1=1un+1=un+32un=un2un+32un=12+32×1un.v_{n+1}=\dfrac1{u_{n+1}}=\dfrac{u_n+3}{2u_n}=\dfrac{u_n}{2u_n}+\dfrac{3}{2u_n}=\dfrac12+\dfrac32\times\dfrac1{u_n}.

Donc, pour tout entier naturel nn,

vn+1=32 vn+12.v_{n+1}=\dfrac32\,v_n+\dfrac12.

Question 2.

Pour tout entier naturel nn, on a wn=vn+1w_n=v_n+1.

On exprime wn+1w_{n+1} à l'aide de wnw_n :

wn+1=vn+1+1=32 vn+12+1=32 vn+32=32 (vn+1)=32 wn.w_{n+1}=v_{n+1}+1=\dfrac32\,v_n+\dfrac12+1=\dfrac32\,v_n+\dfrac32=\dfrac32\,(v_n+1)=\dfrac32\,w_n.

Donc la suite (wn)(w_n) est géométrique de raison q=32q=\dfrac32.

Son premier terme est

w0=v0+1=1u0+1=11+1=2.w_0=v_0+1=\dfrac1{u_0}+1=\dfrac11+1=2.

Réponse : (wn)(w_n) est géométrique de raison 32\dfrac32 et de premier terme w0=2w_0=2.

Question 3.

La suite (wn)(w_n) est géométrique de raison 32\dfrac32 et de premier terme 22, donc, pour tout entier naturel nn,

wn=2(32)n.w_n=2\left(\dfrac32\right)^n.

On en déduit vn=wn−1=2(32)n−1v_n=w_n-1=2\left(\dfrac32\right)^n-1.

Comme vn=1unv_n=\dfrac1{u_n}, on obtient un=1vnu_n=\dfrac1{v_n}, c'est-à-dire

un=12(32)n−1.u_n=\dfrac{1}{2\left(\frac32\right)^n-1}.

Donc, pour tout entier naturel nn, un=12(32)n−1u_n=\dfrac{1}{2\left(\frac32\right)^n-1}.

Question 4.

On a 32>1\dfrac32>1, donc lim⁡n→+∞(32)n=+∞\lim\limits_{n\to+\infty}\left(\dfrac32\right)^n=+\infty.

Par produit par 2>02>0 puis addition de −1-1,

lim⁡n→+∞(2(32)n−1)=+∞.\lim\limits_{n\to+\infty}\left(2\left(\dfrac32\right)^n-1\right)=+\infty.

Par limite de l'inverse, lim⁡n→+∞12(32)n−1=0\lim\limits_{n\to+\infty}\dfrac{1}{2\left(\frac32\right)^n-1}=0.

Donc la suite (un)(u_n) a pour limite 00.

Réponse : lim⁡n→+∞un=0\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=0.

Question 5. a)

La variable u contient u0=1u_0=1 au départ.

La boucle while doit continuer tant que le seuil n'est pas atteint, c'est-à-dire tant que u>10−3u>10^{-3}.

À chaque passage, n augmente de 11 et u est remplacé par f(u)=2uu+3f(u)=\dfrac{2u}{u+3}.

La fonction renvoie n, premier indice pour lequel u⩽10−3u\leqslant10^{-3}.

Script complété :

def seuil():
    n = 0
    u = 1
    while u > 10**(-3):
        n = n + 1
        u = 2*u/(u+3)
    return n

Question 5. b)

La fonction seuil() renvoie le plus petit entier nn tel que un⩽10−3u_n\leqslant10^{-3}.

On résout l'inéquation avec l'expression de la question 3 (le dénominateur 2(32)n−12\left(\frac32\right)^n-1 est strictement positif) :

un⩽10−3  ⟺  2(32)n−1⩾1000  ⟺  (32)n⩾500,5.u_n\leqslant10^{-3}\iff2\left(\dfrac32\right)^n-1\geqslant1000\iff\left(\dfrac32\right)^n\geqslant500{,}5.

On calcule, à la calculatrice :

(32)15≈437,9<500,5,(32)16≈656,8>500,5.\left(\dfrac32\right)^{15}\approx437{,}9<500{,}5,\qquad\left(\dfrac32\right)^{16}\approx656{,}8>500{,}5.

Comme la suite ((32)n)\left(\left(\dfrac32\right)^n\right) est strictement croissante, l'inégalité est fausse pour n⩽15n\leqslant15 et vraie pour n⩾16n\geqslant16.

On peut le vérifier sur les termes : u15≈1,14×10−3>10−3u_{15}\approx1{,}14\times10^{-3}>10^{-3} et u16≈7,6×10−4⩽10−3u_{16}\approx7{,}6\times10^{-4}\leqslant10^{-3}.

Donc la fonction seuil() renvoie 1616.

Réponse : 1616.

Points clés attendus

  • Dérivée d'un quotient détaillée, signe de f′f' justifié par un carré strictement positif, puis croissance de ff.

  • Récurrence : énoncer l'hypothèse de récurrence, utiliser la croissance de ff sur un intervalle contenant les termes, avec f(0)=0f(0)=0 et f(1)=12f(1)=\dfrac12.

  • Convergence : citer le théorème de la limite monotone (suite décroissante et minorée).

  • Suite auxiliaire : montrer wn+1=32 wnw_{n+1}=\dfrac32\,w_n pour reconnaître une suite géométrique, donner raison et premier terme, puis revenir à unu_n.

  • Script Python : condition u > 10**(-3), mise à jour de u, valeur renvoyée justifiée par le calcul de (32)n\left(\dfrac32\right)^n.

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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2026 (Métropole, 8 septembre 2026 (jour 1)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (François Kriegk) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.

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