Terminale Spé Maths / Chapitre 5 : Fonction logarithme
Fiche 4 : logarithme, suites et algorithmique
Six exercices qui relient le logarithme aux suites :
- seuils avec et Python ;
- suite définie par ;
- limites de la forme et intérêts composés ;
- télescopage de produits ;
- limites avec ;
- sommes harmoniques.
Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend au bac :
- théorèmes nommés ;
- hypothèses vérifiées ;
- inégalité retournée quand il le faut ;
- conclusion.
💡 Les réflexes à avoir en tête
- Seuil : ; on divise par en retournant l'inégalité si .
- Inégalité : pour montrer qu'une suite est décroissante.
- Forme : on passe en exponentielle, .
- Somme de logarithmes : regroupe en un d'un produit, cherche un télescopage.
⚠️ Les pièges classiques
- Oublier de retourner l'inégalité quand on divise par .
- Donner un rang non entier : le plus petit entier s'obtient en arrondissant au-dessus.
- Passer à la limite dans sans avoir prouvé la convergence et la continuité.
- Écrire à la place de dans un télescopage.
😄 Un seuil non entier, c'est comme annoncer qu'un train arrive à 14 h 12 min et 3 dixièmes : le rang d'une suite est toujours un entier.
Exercice 1 (★★) : seuils avec et Python
1. Un capital de € est placé à d'intérêts composés par an. Déterminer le plus petit nombre d'années après lequel il dépasse €.
2. Un matériel de € perd de sa valeur chaque année. Déterminer à partir de quelle année sa valeur est inférieure à €.
3. Écrire une fonction Python qui renvoie ce rang pour la question 1, puis une version qui utilise le logarithme.
✏️ Correction de l'exercice 1
Question 1
Le capital au bout de années est . On cherche le plus petit entier tel que , soit . Comme est strictement croissante : . Comme , :
✅ Le plus petit entier est .
Contrôle :
Question 2
La valeur au bout de années est . On cherche , soit . Donc . Comme , : on divise en retournant l'inégalité.
✅ Le plus petit entier est .
Question 3
Version avec boucle :
def rang():
n = 0
u = 2000
while u < 3000:
u = 1.03*u
n = n + 1
return n
Version avec le logarithme :
from math import log, ceil
def rang():
return ceil(log(1.5)/log(1.03))
La fonction ceil arrondit à l'entier supérieur : devient .
✅ Les deux versions renvoient .
La boucle se termine car ().
Exercice 2 (★★★) : la suite
On définit et, pour tout , . Soit .
1. Montrer que est croissante sur , puis que pour tout .
2. Montrer que est décroissante.
3. En déduire que converge, puis déterminer sa limite.
✏️ Correction de l'exercice 2
Question 1
est dérivable sur et .
✅ est strictement croissante.
On a et (car donne ).
Soit : « ».
Initialisation.
: est vraie.
Hérédité.
Soit fixé tel que . Comme est croissante, . Soit : est vraie.
Conclusion.
✅ pour tout .
Question 2
Pour tout , . Comme pour , avec : . Donc .
✅ est décroissante.
Question 3
est décroissante et minorée par . D'après le théorème de convergence monotone :
✅ elle converge vers un réel .
La fonction est continue sur . En passant à la limite dans : .
Soit sur . pour . est strictement croissante sur , avec . Donc pour .
L'équation avec impose .
✅ Donc .
Exercice 3 (★★★) : les limites et les intérêts composés
1. Déterminer et .
2. On place € au taux annuel de , les intérêts étant calculés fois par an au taux .
Le capital au bout d'un an est .
Déterminer et interpréter.
✏️ Correction de l'exercice 3
Question 1
Pour assez grand, . Et avec . Comme , . Par composition avec l'exponentielle continue :
✅
De même avec . Donc .
✅
Question 2
. avec . Donc .
✅ €
Interprétation : même avec des intérêts calculés de plus en plus souvent, le capital final ne dépasse pas environ €.
Il tend vers une limite (intérêts composés « continus »).
Pour comparaison, donne € et donne environ €.
Exercice 4 (★★★) : un produit qui se télescope
Pour , on pose .
Montrer que , puis déterminer .
✏️ Correction de l'exercice 4
Décomposition
Pour : , et . Donc :
Sommation
En sommant de à :
Après simplification (télescopage) : .
✅
Vérification pour : et ✓
Limite
Comme et que est continue en :
✅
Exercice 5 (★★) : limites de suites avec
Déterminer la limite de chaque suite :
1.
2.
3.
4.
✏️ Correction de l'exercice 5
Question 1
Par croissances comparées, quand .
✅
Question 2
Pour : . Comme et que est continue en :
✅
Question 3
Forme « ». , avec . Donc et, par produit :
✅
Question 4
. D'après l'exercice 2 de la fiche 2, . Par composition avec la fonction carré :
✅
Exercice 6 (★★★) : sommes harmoniques et seuils
On note . On admet que (fiche 2, exercice 8).
1. Écrire une fonction Python qui renvoie le plus petit entier tel que .
2. Déterminer le plus petit entier tel que .
3. Justifier qu'à partir du rang , on a .
✏️ Correction de l'exercice 6
Question 1
def rang():
n = 0
s = 0
while s < 5:
n = n + 1
s = s + 1/n
return n
La boucle se termine car . À l'exécution, et .
✅ La fonction renvoie .
Question 2
( est strictement croissante). Comme :
✅ le plus petit entier est .
Question 3
On a . Or . Donc, pour tout :
✅
Remarque : cette borne () est loin du rang exact (). L'inégalité est valable mais pas très précise.
Exercice 7 (★★★) : la méthode de Briggs
Avant les calculatrices, Briggs calculait avec des racines carrées successives. Pour et , on pose .
1. Montrer que .
2. En utilisant , justifier que tend vers quand .
3. Écrire un programme qui calcule pour et comparer à .
✏️ Correction de l'exercice 7
Question 1
.
Question 2
car (pour ).
✅ Quand , donc et la quantité tend vers .
Question 3
from math import log
n = 10
print(2**n * (2**(1 / 2**n) - 1), log(2))
✅ On obtient contre : trois décimales exactes seulement.
🎯 Ce qui peut tomber au bac
- Un seuil avec et l'inégalité retournée quand (exercice 1).
- Une suite avec , dont la monotonie utilise (exercice 2).
- La limite de et sa version « intérêts composés » (exercice 3).
- Un télescopage de logarithmes (exercice 4).
- Des limites de suites avec et une question de programmation (exercices 5 et 6).
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
Quel est le plus petit entier tel que ?
(le sens change car ). et .
Question 2 sur 10
Quel est le plus petit entier tel que ?
et .
Question 3 sur 10
Que vaut pour ?
Propriété de la puissance : le logarithme transforme une puissance en produit.
Question 4 sur 10
Quel est le plus petit entier tel que ?
. et .
Question 5 sur 10
En résolvant avec le logarithme, on écrit . En divisant par , on obtient :
Diviser par un nombre négatif renverse le sens de l'inégalité.
Question 6 sur 10
Dans l'exercice 1, un capital de € placé à d'intérêts composés dépasse € au bout de combien d'années ?
On résout , soit : le plus petit entier est .
Question 7 sur 10
Dans l'exercice 2, avec et , quelle est la limite de ?
est décroissante et minorée par : elle converge vers tel que , dont la seule solution est .
Question 8 sur 10
Dans l'exercice 3, en plaçant € à avec des intérêts calculés fois par an, quelle est la limite du capital quand ?
(limite du type ).
Question 9 sur 10
Dans l'exercice 4, que vaut après simplification ?
Le produit télescopique se simplifie en .
Question 10 sur 10
Dans l'exercice 6, on admet que . Quel est le plus petit entier tel que ?
: le plus petit entier est .
Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.
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