Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites
Fiche 4 : suites arithmético-géométriques
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Huit exercices sur les suites du type u n + 1 = a u n + b u_{n+1}=a\,u_n+b u n + 1 = a u n + b , les suites « auxiliaires » et les problèmes de modélisation (population, placement, évolution en pourcentage).
C'est un classique du bac : le sujet te donne presque toujours la suite auxiliaire, à toi de la traiter proprement.
Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend au bac : calcul de v n + 1 v_{n+1} v n + 1 écrit en entier, raison et premier terme énoncés, conclusion.
💡 La méthode en cinq étapes
Trouve le point fixe ℓ \ell ℓ en résolvant ℓ = a ℓ + b \ell=a\ell+b ℓ = a ℓ + b , soit ℓ = b 1 − a \ell=\dfrac b{1-a} ℓ = 1 − a b (avec a ≠ 1 a\neq1 a = 1 ).
Pose v n = u n − ℓ v_n=u_n-\ell v n = u n − ℓ (ou utilise la suite auxiliaire donnée par l'énoncé).
Montre que ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison a a a : v n + 1 = a u n + b − ℓ = a ( u n − ℓ ) = a v n v_{n+1}=a\,u_n+b-\ell=a(u_n-\ell)=a\,v_n v n + 1 = a u n + b − ℓ = a ( u n − ℓ ) = a v n .
Écris v n = v 0 × a n v_n=v_0\times a^n v n = v 0 × a n , puis u n = ℓ + ( u 0 − ℓ ) a n u_n=\ell+(u_0-\ell)a^n u n = ℓ + ( u 0 − ℓ ) a n .
Conclus sur la limite : si − 1 < a < 1 -1<a<1 − 1 < a < 1 , u n → ℓ u_n\to\ell u n → ℓ . Si a > 1 a>1 a > 1 , la suite diverge.
⚠️ Les pièges classiques
Se tromper de raison : la raison de ( v n ) (v_n) ( v n ) est a a a , pas ℓ \ell ℓ , pas b b b .
Oublier de calculer v 0 v_0 v 0 : v 0 = u 0 − ℓ v_0=u_0-\ell v 0 = u 0 − ℓ , pas u 0 u_0 u 0 .
Un signe faux dans v n = u n − ℓ v_n=u_n-\ell v n = u n − ℓ (ou u n + ℓ u_n+\ell u n + ℓ ) : vérifie en calculant v 1 v_1 v 1 à la main.
Traduire mal l'énoncé : « baisse de 10 % » se traduit par « × 0,9 \times0{,}9 × 0 , 9 », « augmente de 5 % » par « × 1,05 \times1{,}05 × 1 , 05 ».
Dire que la suite converge alors que a > 1 a>1 a > 1 .
Astuce : calcule toujours u 1 u_1 u 1 à la main, puis vérifie ta formule finale avec n = 1 n=1 n = 1 . Si elle ne colle pas, tu as trouvé ton erreur avant le correcteur. 😄
Exercice 1 (★) : le cas standard
On définit u 0 = 1 u_0=1 u 0 = 1 et, pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , u n + 1 = 0,5 u n + 3 u_{n+1}=0{,}5\,u_n+3 u n + 1 = 0 , 5 u n + 3 .
1. Montrer que la suite ( v n ) (v_n) ( v n ) définie par v n = u n − 6 v_n=u_n-6 v n = u n − 6 est géométrique.
2. Exprimer v n v_n v n , puis u n u_n u n , en fonction de n n n .
3. Déterminer la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) .
✏️ Correction de l'exercice 1
Question 1
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
v n + 1 = u n + 1 − 6 = 0,5 u n + 3 − 6 = 0,5 u n − 3 = 0,5 ( u n − 6 ) = 0,5 v n v_{n+1}=u_{n+1}-6=0{,}5\,u_n+3-6=0{,}5\,u_n-3=0{,}5(u_n-6)=0{,}5\,v_n v n + 1 = u n + 1 − 6 = 0 , 5 u n + 3 − 6 = 0 , 5 u n − 3 = 0 , 5 ( u n − 6 ) = 0 , 5 v n
✅ Donc ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison 0,5 0{,}5 0 , 5 et de premier terme v 0 = u 0 − 6 = − 5 v_0=u_0-6=-5 v 0 = u 0 − 6 = − 5 .
Question 2
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , v n = v 0 × 0,5 n = − 5 × 0,5 n v_n=v_0\times0{,}5^n=-5\times0{,}5^n v n = v 0 × 0 , 5 n = − 5 × 0 , 5 n . Comme u n = v n + 6 u_n=v_n+6 u n = v n + 6 :
✅ u n = 6 − 5 × 0,5 n u_n=6-5\times0{,}5^n u n = 6 − 5 × 0 , 5 n
Question 3
Comme − 1 < 0,5 < 1 -1<0{,}5<1 − 1 < 0 , 5 < 1 , 0,5 n → 0 0{,}5^n\to0 0 , 5 n → 0 . Par produit puis par somme :
✅ lim u n = 6 \lim u_n=6 lim u n = 6
Vérification : u 1 = 0,5 × 1 + 3 = 3,5 u_1=0{,}5\times1+3=3{,}5 u 1 = 0 , 5 × 1 + 3 = 3 , 5 et 6 − 5 × 0,5 = 3,5 6-5\times0{,}5=3{,}5 6 − 5 × 0 , 5 = 3 , 5 ✓
Exercice 2 (★★) : une raison supérieure à 1
On définit u 0 = 5 u_0=5 u 0 = 5 et u n + 1 = 3 u n − 4 u_{n+1}=3u_n-4 u n + 1 = 3 u n − 4 . Trouver le nombre ℓ \ell ℓ tel que ℓ = 3 ℓ − 4 \ell=3\ell-4 ℓ = 3 ℓ − 4 , puis exprimer u n u_n u n en fonction de n n n et étudier sa limite.
✏️ Correction de l'exercice 2
Le point fixe
L'équation ℓ = 3 ℓ − 4 \ell=3\ell-4 ℓ = 3 ℓ − 4 équivaut à 2 ℓ = 4 2\ell=4 2 ℓ = 4 , donc ℓ = 2 \ell=2 ℓ = 2 . On pose v n = u n − 2 v_n=u_n-2 v n = u n − 2 .
La suite auxiliaire
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
v n + 1 = u n + 1 − 2 = 3 u n − 4 − 2 = 3 u n − 6 = 3 ( u n − 2 ) = 3 v n v_{n+1}=u_{n+1}-2=3u_n-4-2=3u_n-6=3(u_n-2)=3v_n v n + 1 = u n + 1 − 2 = 3 u n − 4 − 2 = 3 u n − 6 = 3 ( u n − 2 ) = 3 v n
Donc ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison 3 3 3 et de premier terme v 0 = 5 − 2 = 3 v_0=5-2=3 v 0 = 5 − 2 = 3 .
L'expression de u n u_n u n
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , v n = 3 × 3 n = 3 n + 1 v_n=3\times3^n=3^{n+1} v n = 3 × 3 n = 3 n + 1 .
✅ u n = 2 + 3 n + 1 u_n=2+3^{n+1} u n = 2 + 3 n + 1
La limite
Comme 3 > 1 3>1 3 > 1 , 3 n + 1 → + ∞ 3^{n+1}\to+\infty 3 n + 1 → + ∞ . Par somme :
✅ lim u n = + ∞ \lim u_n=+\infty lim u n = + ∞
Ici la raison est supérieure à 1 1 1 : la suite diverge.
Vérification : u 1 = 3 × 5 − 4 = 11 u_1=3\times5-4=11 u 1 = 3 × 5 − 4 = 11 et 2 + 3 2 = 11 2+3^2=11 2 + 3 2 = 11 ✓
Exercice 3 (★★) : une raison négative
On définit u 0 = 10 u_0=10 u 0 = 10 et u n + 1 = − 0,5 u n + 6 u_{n+1}=-0{,}5\,u_n+6 u n + 1 = − 0 , 5 u n + 6 .
1. Exprimer u n u_n u n en fonction de n n n .
2. Déterminer la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) .
3. La suite ( u n ) (u_n) ( u n ) est-elle monotone ?
✏️ Correction de l'exercice 3
Question 1
L'équation ℓ = − 0,5 ℓ + 6 \ell=-0{,}5\ell+6 ℓ = − 0 , 5 ℓ + 6 équivaut à 1,5 ℓ = 6 1{,}5\ell=6 1 , 5 ℓ = 6 , donc ℓ = 4 \ell=4 ℓ = 4 . On pose v n = u n − 4 v_n=u_n-4 v n = u n − 4 . Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
v n + 1 = − 0,5 u n + 6 − 4 = − 0,5 u n + 2 = − 0,5 ( u n − 4 ) = − 0,5 v n v_{n+1}=-0{,}5\,u_n+6-4=-0{,}5\,u_n+2=-0{,}5(u_n-4)=-0{,}5\,v_n v n + 1 = − 0 , 5 u n + 6 − 4 = − 0 , 5 u n + 2 = − 0 , 5 ( u n − 4 ) = − 0 , 5 v n
Donc ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison − 0,5 -0{,}5 − 0 , 5 et de premier terme v 0 = 10 − 4 = 6 v_0=10-4=6 v 0 = 10 − 4 = 6 . Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , v n = 6 × ( − 0,5 ) n v_n=6\times(-0{,}5)^n v n = 6 × ( − 0 , 5 ) n , donc :
✅ u n = 4 + 6 × ( − 0,5 ) n u_n=4+6\times(-0{,}5)^n u n = 4 + 6 × ( − 0 , 5 ) n
Question 2
Comme − 1 < − 0,5 < 1 -1<-0{,}5<1 − 1 < − 0 , 5 < 1 , ( − 0,5 ) n → 0 (-0{,}5)^n\to0 ( − 0 , 5 ) n → 0 . Par produit et par somme :
✅ lim u n = 4 \lim u_n=4 lim u n = 4
Question 3
On a u 0 = 10 u_0=10 u 0 = 10 , u 1 = − 0,5 × 10 + 6 = 1 u_1=-0{,}5\times10+6=1 u 1 = − 0 , 5 × 10 + 6 = 1 et u 2 = − 0,5 × 1 + 6 = 5,5 u_2=-0{,}5\times1+6=5{,}5 u 2 = − 0 , 5 × 1 + 6 = 5 , 5 . Comme u 1 < u 0 u_1<u_0 u 1 < u 0 et u 1 < u 2 u_1<u_2 u 1 < u 2 , la suite n'est ni croissante ni décroissante :
❌ elle n'est pas monotone.
Elle converge pourtant : la raison négative fait osciller la suite autour de sa limite.
Exercice 4 (★★) : évolution d'une population
Un parc animalier compte 800 animaux au 1er janvier 2026.
Chaque année, 10 % des animaux quittent le parc, et 60 nouveaux animaux arrivent.
On note u n u_n u n le nombre d'animaux au 1er janvier de l'année 2026 + n 2026+n 2026 + n , donc u 0 = 800 u_0=800 u 0 = 800 .
1. Justifier que u n + 1 = 0,9 u n + 60 u_{n+1}=0{,}9\,u_n+60 u n + 1 = 0 , 9 u n + 60 .
2. On pose v n = u n − 600 v_n=u_n-600 v n = u n − 600 . Montrer que ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique.
3. Exprimer u n u_n u n en fonction de n n n .
4. Déterminer la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) et l'interpréter.
5. À partir de quelle année le parc compte-t-il moins de 650 animaux ?
✏️ Correction de l'exercice 4
Question 1
Si 10 % 10\,\% 10 % des animaux quittent le parc, il en reste 90 % 90\,\% 90 % , soit 0,9 u n 0{,}9\,u_n 0 , 9 u n . On ajoute les 60 60 60 arrivées.
✅ Donc, pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , u n + 1 = 0,9 u n + 60 u_{n+1}=0{,}9\,u_n+60 u n + 1 = 0 , 9 u n + 60 .
Question 2
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
v n + 1 = u n + 1 − 600 = 0,9 u n + 60 − 600 = 0,9 u n − 540 = 0,9 ( u n − 600 ) = 0,9 v n v_{n+1}=u_{n+1}-600=0{,}9\,u_n+60-600=0{,}9\,u_n-540=0{,}9(u_n-600)=0{,}9\,v_n v n + 1 = u n + 1 − 600 = 0 , 9 u n + 60 − 600 = 0 , 9 u n − 540 = 0 , 9 ( u n − 600 ) = 0 , 9 v n
✅ Donc ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison 0,9 0{,}9 0 , 9 et de premier terme v 0 = 800 − 600 = 200 v_0=800-600=200 v 0 = 800 − 600 = 200 .
Question 3
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , v n = 200 × 0,9 n v_n=200\times0{,}9^n v n = 200 × 0 , 9 n .
✅ u n = 600 + 200 × 0,9 n u_n=600+200\times0{,}9^n u n = 600 + 200 × 0 , 9 n
Question 4
Comme − 1 < 0,9 < 1 -1<0{,}9<1 − 1 < 0 , 9 < 1 , 0,9 n → 0 0{,}9^n\to0 0 , 9 n → 0 . Par produit et par somme :
✅ lim u n = 600 \lim u_n=600 lim u n = 600
Interprétation : à long terme, le nombre d'animaux se stabilise autour de 600 600 600 .
Question 5
On cherche le plus petit entier n n n tel que u n < 650 u_n<650 u n < 650 , c'est-à-dire 200 × 0,9 n < 50 200\times0{,}9^n<50 200 × 0 , 9 n < 50 , soit 0,9 n < 0,25 0{,}9^n<0{,}25 0 , 9 n < 0 , 25 . La suite ( 0,9 n ) (0{,}9^n) ( 0 , 9 n ) est strictement décroissante. À la calculatrice :
0,9 13 ≈ 0,254 ≥ 0,25 0{,}9^{13}\approx0{,}254\ge0{,}25 0 , 9 13 ≈ 0 , 254 ≥ 0 , 25
0,9 14 ≈ 0,229 < 0,25 0{,}9^{14}\approx0{,}229<0{,}25 0 , 9 14 ≈ 0 , 229 < 0 , 25
Donc n = 14 n=14 n = 14 .
✅ C'est en 2026 + 14 = 2040 2026+14=2040 2026 + 14 = 2040 que le parc compte moins de 650 animaux.
Exercice 5 (★★) : un placement avec versements
Léa place 1 000 € à intérêts composés au taux de 5 % par an.
Chaque année, juste après le calcul des intérêts, elle ajoute 100 €.
On note u n u_n u n le capital, en euros, au bout de n n n années, avec u 0 = 1000 u_0=1000 u 0 = 1000 .
1. Justifier que u n + 1 = 1,05 u n + 100 u_{n+1}=1{,}05\,u_n+100 u n + 1 = 1 , 05 u n + 100 .
2. On pose v n = u n + 2000 v_n=u_n+2000 v n = u n + 2000 . Montrer que ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique.
3. Exprimer u n u_n u n en fonction de n n n , puis déterminer la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) .
4. Au bout de combien d'années Léa dépasse-t-elle 5 000 € ?
✏️ Correction de l'exercice 5
Question 1
Une augmentation de 5 % 5\,\% 5 % correspond à une multiplication par 1,05 1{,}05 1 , 05 . On ajoute ensuite 100 100 100 €.
✅ Donc, pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , u n + 1 = 1,05 u n + 100 u_{n+1}=1{,}05\,u_n+100 u n + 1 = 1 , 05 u n + 100 .
Question 2
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
v n + 1 = u n + 1 + 2000 = 1,05 u n + 100 + 2000 = 1,05 u n + 2100 = 1,05 ( u n + 2000 ) = 1,05 v n v_{n+1}=u_{n+1}+2000=1{,}05\,u_n+100+2000=1{,}05\,u_n+2100=1{,}05(u_n+2000)=1{,}05\,v_n v n + 1 = u n + 1 + 2000 = 1 , 05 u n + 100 + 2000 = 1 , 05 u n + 2100 = 1 , 05 ( u n + 2000 ) = 1 , 05 v n
✅ Donc ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison 1,05 1{,}05 1 , 05 et de premier terme v 0 = 1000 + 2000 = 3000 v_0=1000+2000=3000 v 0 = 1000 + 2000 = 3000 .
Question 3
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , v n = 3000 × 1,05 n v_n=3000\times1{,}05^n v n = 3000 × 1 , 0 5 n .
✅ u n = 3000 × 1,05 n − 2000 u_n=3000\times1{,}05^n-2000 u n = 3000 × 1 , 0 5 n − 2000
Comme 1,05 > 1 1{,}05>1 1 , 05 > 1 , 1,05 n → + ∞ 1{,}05^n\to+\infty 1 , 0 5 n → + ∞ . Par produit et par somme :
✅ lim u n = + ∞ \lim u_n=+\infty lim u n = + ∞
Question 4
On cherche le plus petit entier n n n tel que u n ≥ 5000 u_n\ge5000 u n ≥ 5000 , soit 1,05 n ≥ 7000 3000 ≈ 2,333 1{,}05^n\ge\dfrac{7000}{3000}\approx2{,}333 1 , 0 5 n ≥ 3000 7000 ≈ 2 , 333 . La suite ( 1,05 n ) (1{,}05^n) ( 1 , 0 5 n ) est strictement croissante. À la calculatrice :
1,05 17 ≈ 2,292 < 2,333 1{,}05^{17}\approx2{,}292<2{,}333 1 , 0 5 17 ≈ 2 , 292 < 2 , 333
1,05 18 ≈ 2,407 ≥ 2,333 1{,}05^{18}\approx2{,}407\ge2{,}333 1 , 0 5 18 ≈ 2 , 407 ≥ 2 , 333
Donc n = 18 n=18 n = 18 .
✅ Léa dépasse 5 000 € au bout de 18 ans.
Astuce : le nombre − 2000 -2000 − 2000 vient de ℓ = 100 1 − 1,05 = − 2000 \ell=\dfrac{100}{1-1{,}05}=-2000 ℓ = 1 − 1 , 05 100 = − 2000 . Quand la raison est supérieure à 1 1 1 , ℓ \ell ℓ n'est plus une limite, mais il reste utile pour poser v n v_n v n .
Exercice 6 (★★★) : une suite auxiliaire avec « n n n »
On définit u 0 = 2 u_0=2 u 0 = 2 et, pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , u n + 1 = 2 3 u n + 1 3 n + 1 u_{n+1}=\dfrac23u_n+\dfrac13n+1 u n + 1 = 3 2 u n + 3 1 n + 1 . On pose v n = u n − n v_n=u_n-n v n = u n − n .
1. Calculer u 1 u_1 u 1 et u 2 u_2 u 2 .
2. Montrer que ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison 2 3 \dfrac23 3 2 .
3. Exprimer v n v_n v n , puis u n u_n u n , en fonction de n n n .
4. Déterminer la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) .
5. Étudier le sens de variation de ( u n ) (u_n) ( u n ) .
✏️ Correction de l'exercice 6
Question 1
u 1 = 2 3 × 2 + 1 3 × 0 + 1 = 7 3 u_1=\frac23\times2+\frac13\times0+1=\frac73 u 1 = 3 2 × 2 + 3 1 × 0 + 1 = 3 7
u 2 = 2 3 × 7 3 + 1 3 × 1 + 1 = 14 9 + 3 9 + 9 9 = 26 9 u_2=\frac23\times\frac73+\frac13\times1+1=\frac{14}9+\frac39+\frac99=\frac{26}9 u 2 = 3 2 × 3 7 + 3 1 × 1 + 1 = 9 14 + 9 3 + 9 9 = 9 26
Question 2
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
v n + 1 = u n + 1 − ( n + 1 ) = 2 3 u n + n 3 + 1 − n − 1 = 2 3 u n − 2 3 n = 2 3 ( u n − n ) = 2 3 v n v_{n+1}=u_{n+1}-(n+1)=\frac23u_n+\frac n3+1-n-1=\frac23u_n-\frac23n=\frac23(u_n-n)=\frac23v_n v n + 1 = u n + 1 − ( n + 1 ) = 3 2 u n + 3 n + 1 − n − 1 = 3 2 u n − 3 2 n = 3 2 ( u n − n ) = 3 2 v n
✅ Donc ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison 2 3 \dfrac23 3 2 , de premier terme v 0 = u 0 − 0 = 2 v_0=u_0-0=2 v 0 = u 0 − 0 = 2 .
Question 3
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , v n = 2 × ( 2 3 ) n v_n=2\times\left(\dfrac23\right)^n v n = 2 × ( 3 2 ) n .
✅ u n = n + 2 × ( 2 3 ) n u_n=n+2\times\left(\dfrac23\right)^n u n = n + 2 × ( 3 2 ) n
Vérification : u 1 = 1 + 4 3 = 7 3 u_1=1+\dfrac43=\dfrac73 u 1 = 1 + 3 4 = 3 7 ✓ et u 2 = 2 + 8 9 = 26 9 u_2=2+\dfrac89=\dfrac{26}9 u 2 = 2 + 9 8 = 9 26 ✓
Question 4
Pour tout n n n , ( 2 3 ) n > 0 \left(\dfrac23\right)^n>0 ( 3 2 ) n > 0 , donc u n ≥ n u_n\ge n u n ≥ n . Comme lim n = + ∞ \lim n=+\infty lim n = + ∞ , d'après le théorème de comparaison :
✅ lim u n = + ∞ \lim u_n=+\infty lim u n = + ∞
Question 5
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
u n + 1 − u n = ( n + 1 ) + 2 ( 2 3 ) n + 1 − n − 2 ( 2 3 ) n = 1 + 2 ( 2 3 ) n ( 2 3 − 1 ) = 1 − ( 2 3 ) n + 1 u_{n+1}-u_n=(n+1)+2\left(\frac23\right)^{n+1}-n-2\left(\frac23\right)^n=1+2\left(\frac23\right)^n\left(\frac23-1\right)=1-\left(\frac23\right)^{n+1} u n + 1 − u n = ( n + 1 ) + 2 ( 3 2 ) n + 1 − n − 2 ( 3 2 ) n = 1 + 2 ( 3 2 ) n ( 3 2 − 1 ) = 1 − ( 3 2 ) n + 1
Comme 0 < ( 2 3 ) n + 1 < 1 0<\left(\dfrac23\right)^{n+1}<1 0 < ( 3 2 ) n + 1 < 1 , cette différence est strictement positive.
✅ La suite ( u n ) (u_n) ( u n ) est strictement croissante.
Exercice 7 (★★★) : une suite homographique
On définit u 0 = 1 2 u_0=\dfrac12 u 0 = 2 1 et, pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , u n + 1 = 2 u n u n + 1 u_{n+1}=\dfrac{2u_n}{u_n+1} u n + 1 = u n + 1 2 u n .
1. Démontrer par récurrence que, pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , 0 < u n < 1 0<u_n<1 0 < u n < 1 .
2. On pose w n = 1 u n − 1 w_n=\dfrac1{u_n}-1 w n = u n 1 − 1 . Montrer que ( w n ) (w_n) ( w n ) est géométrique.
3. En déduire u n u_n u n en fonction de n n n , puis la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) .
✏️ Correction de l'exercice 7
Question 1
Soit P ( n ) P(n) P ( n ) la propriété : « 0 < u n < 1 0<u_n<1 0 < u n < 1 ».
Initialisation. u 0 = 1 2 u_0=\dfrac12 u 0 = 2 1 , donc 0 < u 0 < 1 0<u_0<1 0 < u 0 < 1 : P ( 0 ) P(0) P ( 0 ) est vraie.
Hérédité. Soit k ∈ N k\in\N k ∈ N fixé tel que 0 < u k < 1 0<u_k<1 0 < u k < 1 (hypothèse de récurrence). Alors u k + 1 > 0 u_k+1>0 u k + 1 > 0 , donc u k + 1 = 2 u k u k + 1 u_{k+1}=\dfrac{2u_k}{u_k+1} u k + 1 = u k + 1 2 u k est bien défini et strictement positif. De plus, comme u k + 1 > 0 u_k+1>0 u k + 1 > 0 :
u k + 1 < 1 ⟺ 2 u k < u k + 1 ⟺ u k < 1 u_{k+1}<1\iff2u_k<u_k+1\iff u_k<1 u k + 1 < 1 ⟺ 2 u k < u k + 1 ⟺ u k < 1
ce qui est vrai par hypothèse de récurrence. Donc 0 < u k + 1 < 1 0<u_{k+1}<1 0 < u k + 1 < 1 : P ( k + 1 ) P(k+1) P ( k + 1 ) est vraie.
Conclusion. P ( 0 ) P(0) P ( 0 ) est vraie et P P P est héréditaire.
✅ Donc 0 < u n < 1 0<u_n<1 0 < u n < 1 pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N .
En particulier, u n ≠ 0 u_n\neq0 u n = 0 , donc w n w_n w n est bien défini.
Question 2
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
w n + 1 = 1 u n + 1 − 1 = u n + 1 2 u n − 1 = u n + 1 − 2 u n 2 u n = 1 − u n 2 u n = 1 2 ( 1 u n − 1 ) = 1 2 w n w_{n+1}=\frac1{u_{n+1}}-1=\frac{u_n+1}{2u_n}-1=\frac{u_n+1-2u_n}{2u_n}=\frac{1-u_n}{2u_n}=\frac12\left(\frac1{u_n}-1\right)=\frac12w_n w n + 1 = u n + 1 1 − 1 = 2 u n u n + 1 − 1 = 2 u n u n + 1 − 2 u n = 2 u n 1 − u n = 2 1 ( u n 1 − 1 ) = 2 1 w n
✅ Donc ( w n ) (w_n) ( w n ) est géométrique de raison 1 2 \dfrac12 2 1 et de premier terme w 0 = 1 u 0 − 1 = 2 − 1 = 1 w_0=\dfrac1{u_0}-1=2-1=1 w 0 = u 0 1 − 1 = 2 − 1 = 1 .
Question 3
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N , w n = ( 1 2 ) n w_n=\left(\dfrac12\right)^n w n = ( 2 1 ) n . Donc 1 u n = 1 + ( 1 2 ) n \dfrac1{u_n}=1+\left(\dfrac12\right)^n u n 1 = 1 + ( 2 1 ) n .
✅ u n = 1 1 + ( 1 2 ) n = 2 n 2 n + 1 u_n=\dfrac1{1+\left(\frac12\right)^n}=\dfrac{2^n}{2^n+1} u n = 1 + ( 2 1 ) n 1 = 2 n + 1 2 n
Comme − 1 < 1 2 < 1 -1<\dfrac12<1 − 1 < 2 1 < 1 , ( 1 2 ) n → 0 \left(\dfrac12\right)^n\to0 ( 2 1 ) n → 0 . Par somme et quotient :
✅ lim u n = 1 \lim u_n=1 lim u n = 1
Vérification : u 1 = 2 × 1 2 3 2 = 2 3 u_1=\dfrac{2\times\frac12}{\frac32}=\dfrac23 u 1 = 2 3 2 × 2 1 = 3 2 et 2 2 + 1 = 2 3 \dfrac2{2+1}=\dfrac23 2 + 1 2 = 3 2 ✓
Exercice 8 (★★) : le sens de variation dépend de u 0 u_0 u 0
On considère u n + 1 = 0,8 u n + 4 u_{n+1}=0{,}8\,u_n+4 u n + 1 = 0 , 8 u n + 4 , avec un premier terme u 0 u_0 u 0 quelconque.
1. Montrer que u n = 20 + ( u 0 − 20 ) × 0,8 n u_n=20+(u_0-20)\times0{,}8^n u n = 20 + ( u 0 − 20 ) × 0 , 8 n .
2. Étudier le sens de variation de ( u n ) (u_n) ( u n ) selon la valeur de u 0 u_0 u 0 (avec u 0 < 20 u_0<20 u 0 < 20 , u 0 = 20 u_0=20 u 0 = 20 ou u 0 > 20 u_0>20 u 0 > 20 ).
3. Que peut-on dire de la limite ?
✏️ Correction de l'exercice 8
Question 1
L'équation ℓ = 0,8 ℓ + 4 \ell=0{,}8\ell+4 ℓ = 0 , 8 ℓ + 4 équivaut à 0,2 ℓ = 4 0{,}2\ell=4 0 , 2 ℓ = 4 , donc ℓ = 20 \ell=20 ℓ = 20 . On pose v n = u n − 20 v_n=u_n-20 v n = u n − 20 . Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
v n + 1 = 0,8 u n + 4 − 20 = 0,8 u n − 16 = 0,8 ( u n − 20 ) = 0,8 v n v_{n+1}=0{,}8\,u_n+4-20=0{,}8\,u_n-16=0{,}8(u_n-20)=0{,}8\,v_n v n + 1 = 0 , 8 u n + 4 − 20 = 0 , 8 u n − 16 = 0 , 8 ( u n − 20 ) = 0 , 8 v n
La suite ( v n ) (v_n) ( v n ) est géométrique de raison 0,8 0{,}8 0 , 8 , donc v n = v 0 × 0,8 n = ( u 0 − 20 ) × 0,8 n v_n=v_0\times0{,}8^n=(u_0-20)\times0{,}8^n v n = v 0 × 0 , 8 n = ( u 0 − 20 ) × 0 , 8 n .
✅ u n = 20 + ( u 0 − 20 ) × 0,8 n u_n=20+(u_0-20)\times0{,}8^n u n = 20 + ( u 0 − 20 ) × 0 , 8 n
Question 2
Pour tout n ∈ N n\in\N n ∈ N :
u n + 1 − u n = ( u 0 − 20 ) × 0,8 n × ( 0,8 − 1 ) = − 0,2 × ( u 0 − 20 ) × 0,8 n u_{n+1}-u_n=(u_0-20)\times0{,}8^n\times(0{,}8-1)=-0{,}2\times(u_0-20)\times0{,}8^n u n + 1 − u n = ( u 0 − 20 ) × 0 , 8 n × ( 0 , 8 − 1 ) = − 0 , 2 × ( u 0 − 20 ) × 0 , 8 n
Comme 0,8 n > 0 0{,}8^n>0 0 , 8 n > 0 , le signe de cette différence est celui de − ( u 0 − 20 ) -(u_0-20) − ( u 0 − 20 ) :
• si u 0 < 20 u_0<20 u 0 < 20 , u n + 1 − u n > 0 u_{n+1}-u_n>0 u n + 1 − u n > 0 :
✅ ( u n ) (u_n) ( u n ) est strictement croissante.
• si u 0 = 20 u_0=20 u 0 = 20 , u n + 1 − u n = 0 u_{n+1}-u_n=0 u n + 1 − u n = 0 :
✅ ( u n ) (u_n) ( u n ) est constante.
• si u 0 > 20 u_0>20 u 0 > 20 , u n + 1 − u n < 0 u_{n+1}-u_n<0 u n + 1 − u n < 0 :
✅ ( u n ) (u_n) ( u n ) est strictement décroissante.
Question 3
Comme − 1 < 0,8 < 1 -1<0{,}8<1 − 1 < 0 , 8 < 1 , 0,8 n → 0 0{,}8^n\to0 0 , 8 n → 0 . Par produit et par somme :
✅ lim u n = 20 \lim u_n=20 lim u n = 20 dans tous les cas.
🎯 Ce qui peut tomber au bac
Une suite u n + 1 = a u n + b u_{n+1}=a\,u_n+b u n + 1 = a u n + b avec une suite auxiliaire donnée (exercices 1 à 3, 5).
Un problème de modélisation avec pourcentages et ajouts (exercices 4 et 5).
Une suite auxiliaire qui dépend de n n n (exercice 6) ou qui utilise l'inverse (exercice 7).
Un seuil à trouver à la calculatrice ou avec Python (exercices 4 et 5).
QCM : vérifie tes acquis
10 questions, une seule bonne réponse chacune. Choisis une réponse : la correction s'affiche tout de suite. Ton score est enregistré dans Mon espace.
Question 1 sur 10
Pour u n + 1 = 0,5 u n + 3 u_{n+1}=0{,}5\,u_n+3 u n + 1 = 0 , 5 u n + 3 , quel réel ℓ \ell ℓ vérifie ℓ = 0,5 ℓ + 3 \ell=0{,}5\,\ell+3 ℓ = 0 , 5 ℓ + 3 ?
ℓ − 0,5 ℓ = 3 ⟺ 0,5 ℓ = 3 ⟺ ℓ = 6 \ell-0{,}5\,\ell=3\iff0{,}5\,\ell=3\iff\ell=6 ℓ − 0 , 5 ℓ = 3 ⟺ 0 , 5 ℓ = 3 ⟺ ℓ = 6 .
Question 2 sur 10
Avec ℓ = 6 \ell=6 ℓ = 6 , la suite v n = u n − 6 v_n=u_n-6 v n = u n − 6 est :
géométrique de raison 0,5 0{,}5 0 , 5 arithmétique de raison 3 3 3 constante géométrique de raison 6 6 6 v n + 1 = u n + 1 − 6 = 0,5 u n − 3 = 0,5 ( u n − 6 ) = 0,5 v n v_{n+1}=u_{n+1}-6=0{,}5\,u_n-3=0{,}5\,(u_n-6)=0{,}5\,v_n v n + 1 = u n + 1 − 6 = 0 , 5 u n − 3 = 0 , 5 ( u n − 6 ) = 0 , 5 v n .
Question 3 sur 10
Avec u 0 = 10 u_0=10 u 0 = 10 , on a u n = 6 + 4 × 0,5 n u_n=6+4\times0{,}5^n u n = 6 + 4 × 0 , 5 n . Quelle est la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) ?
0,5 n → 0 0{,}5^n\to0 0 , 5 n → 0 , donc u n → 6 u_n\to6 u n → 6 .
Question 4 sur 10
Pour u n + 1 = 3 u n − 4 u_{n+1}=3u_n-4 u n + 1 = 3 u n − 4 , quel réel ℓ \ell ℓ vérifie ℓ = 3 ℓ − 4 \ell=3\ell-4 ℓ = 3 ℓ − 4 ?
1 2 \dfrac12 2 1 − 2 -2 − 2 4 4 4 2 2 2 ℓ = 3 ℓ − 4 ⟺ 2 ℓ = 4 ⟺ ℓ = 2 \ell=3\ell-4\iff2\ell=4\iff\ell=2 ℓ = 3 ℓ − 4 ⟺ 2 ℓ = 4 ⟺ ℓ = 2 .
Question 5 sur 10
Pour u 0 = 5 u_0=5 u 0 = 5 et u n + 1 = 3 u n − 4 u_{n+1}=3u_n-4 u n + 1 = 3 u n − 4 , on trouve u n = 2 + 3 n + 1 u_n=2+3^{n+1} u n = 2 + 3 n + 1 . Quelle est la limite ?
3 n + 1 → + ∞ 3^{n+1}\to+\infty 3 n + 1 → + ∞ car la raison 3 > 1 3>1 3 > 1 .
Question 6 sur 10
Dans l'exercice 1, avec u 0 = 1 u_0=1 u 0 = 1 et u n + 1 = 0,5 u n + 3 u_{n+1}=0{,}5\,u_n+3 u n + 1 = 0 , 5 u n + 3 , quelle est la raison de la suite auxiliaire v n = u n − 6 v_n=u_n-6 v n = u n − 6 ?
v n + 1 = u n + 1 − 6 = 0,5 u n + 3 − 6 = 0,5 ( u n − 6 ) = 0,5 v n v_{n+1}=u_{n+1}-6=0{,}5\,u_n+3-6=0{,}5(u_n-6)=0{,}5\,v_n v n + 1 = u n + 1 − 6 = 0 , 5 u n + 3 − 6 = 0 , 5 ( u n − 6 ) = 0 , 5 v n .
Question 7 sur 10
Dans l'exercice 2, avec u 0 = 5 u_0=5 u 0 = 5 et u n + 1 = 3 u n − 4 u_{n+1}=3u_n-4 u n + 1 = 3 u n − 4 , quelle est la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) ?
u n = 2 + 3 n + 1 u_n=2+3^{n+1} u n = 2 + 3 n + 1 et la raison 3 > 1 3>1 3 > 1 : la suite diverge vers + ∞ +\infty + ∞ .
Question 8 sur 10
Dans l'exercice 4 (le parc animalier), quelle est la limite du nombre d'animaux u n u_n u n ?
+ ∞ +\infty + ∞ 600 600 600 800 800 800 60 60 60 u n = 600 + 200 × 0,9 n u_n=600+200\times0{,}9^n u n = 600 + 200 × 0 , 9 n et 0,9 n → 0 0{,}9^n\to0 0 , 9 n → 0 : la population se stabilise vers 600 600 600 .
Question 9 sur 10
Dans l'exercice 5 (le placement de Léa), au bout de combien d'années son capital dépasse-t-il 5 000 5\,000 5 000 € ?
18 18 18 ans100 100 100 ans5 5 5 ans10 10 10 ansAvec u n = 3 000 × 1,05 n − 2 000 u_n=3\,000\times1{,}05^n-2\,000 u n = 3 000 × 1 , 0 5 n − 2 000 , on trouve que Léa dépasse 5 000 5\,000 5 000 € au bout de 18 18 18 ans.
Question 10 sur 10
Dans l'exercice 7 (suite homographique), avec w n = 1 u n − 1 w_n=\dfrac1{u_n}-1 w n = u n 1 − 1 , quelle est la limite de ( u n ) (u_n) ( u n ) ?
+ ∞ +\infty + ∞ 0 0 0 1 2 \dfrac12 2 1 1 1 1 ( w n ) (w_n) ( w n ) est géométrique de raison 1 2 \dfrac12 2 1 , donc w n → 0 w_n\to0 w n → 0 , donc u n = 1 1 + w n → 1 u_n=\dfrac1{1+w_n}\to1 u n = 1 + w n 1 → 1 .
☐ Marquer comme faite