Exercices d'entrainement types du Bac : Suites numériques

Classe: 
Terminale

Calculs de sommes

Exercice 1

1) Montrer les relations suivantes : 

a) 1+2+3++n=n(n+1)2

b) 12+22+32++n2=n(n+1)(2n+1)6

c) 13+23+33++n3=n2(n+1)24

2) a) Calculer Sn=np=0(p+1)×np=0(p1) et Σn=np=0(p21), nN

b) La proposition "pour tout entier naturel n, Sn=Σn;nN" est-elle vraie ?

3) Soient an=3n, bn=5n+10  et cn=3n5n+10 trois suites réelles

Calculer An=np=0ap, Bn=np=0bp et Cn=np=0cp

Exercice 2

Soit (un) la suite définie par : nN; un=1n2+n

1) Déterminer les réels a et b tels que : nN; un=an+bn+1

2) En déduire la somme Sn=np=1up des n premiers termes de la suite (un)

Sens de variation et convergence d'une suite

Exercice 1

Dans chacun des cas suivants, étudier le sens de variation puis la convergence de la suite (un) définie par :

a) nN; un=2(23)n;b) nN; un=(1)nlnn

c) nN; un=4n+12n5;d) nN; un=nln(n2+1)

e) nN; un=en1en+1;f) nN; un=enn3n

g) {u0=2nN; un+1=eun2;h) {u0=2nN; un+1=ln(1+un)

i)  nN; un=n0x2ex+1dx;j)  nN; un=10(1x2)ndx

Exercice 2

Soit (un) une suite réelle définie par : un=21x(lnx)ndx
Montrer que (un) est décroissante

Exercice 3

Soit (un) une suite réelle définie par : {u0=32nN; un+1=un+2

1) Montrer que n,0un2

2) Sachant que 0un2 et que |un+1α|12|unα|,  montrer que |unα|12n1

3) En déduire limn+un

Exercice 4

Soit xn une suite et gn la fonction définie sur [1, 2], pour tout n3, par : gn(x)=xnlnx

1) Étudier la fonction gn et montrer qu'il existe un unique réel α]1, 2[ vérifiant gn(α)=0

2)a) Montrer que pour tout n3; gn+1(xn)=gn(xn)ln(xn)

b) Comparer gn+1(xn+1) et gn+1(xn). En déduire que la suite (xn) est strictement décroissante.

c) Démontrer enfin que (xn) converge et que limn+xn=1

Exercice 5

1) Démontrer que pour tout réel x>0; x12x2ln(1+x)x

2) En déduire un encadrement de la somme Sn égale à nk=1ln(1+kn2)

3) Calculer la limite de (Sn) pour en déduire celle de la suite de terme général bn=(1+1n2)(1+2n2)(1+3n2)(1+n1n2)(1+1n)

Exercice 6

Soit (un) une suite définie par : nN; un=n+1n

1) Démontrer que nN, un<12n

2) En déduire que limn+(1+12+13++1n)=+

Exercice 7

Soit (un) la suite réelle définie par : nN; un=nn2+nn2+1+nn2+2++nn2+2n+nn2+2n+1

1) Calculer u1 et u2

2) Donner une autre écriture de un, à l'aide du symbole Σ

3) Démontrer que : nN; 2nn+1un2(n+1)n

4) démontrer que la suite (un) converge et donner sa limite.

Exercice 8

Soit f et g les fonctions définies sur ]0; + par : f(x)=ln(1+1x)1x  et  g(x)=ln(1+1x)1x+1
1) Étudier le sens de variation des fonctions f et g ainsi que leurs limites en +. En déduire que pour tout réel x strictement positif : 1x+1<ln(x+1)lnx<1x(1)
2 On considère la suite (vn) définie sur N par son terme général : vn=1n+1+1n+2+1n+3++12n
En utilisant la relation (1), montrer que ln2n+1n+1<vn<ln2
En déduire la limite de la suite (vn)

Suites arithmétiques et géométriques

Exercice 1

Soit la suite (un) définie par : ln(2nun)=n; où n est un entier naturel.

1) Déterminer le terme général de la suite (un).

2) Montrer que (un) est géométrique et calculer la somme sn de ses (n+1) premiers termes.

3) Calculer les limites des deux suites (un) et (sn).

4) Calculer le plus petit entier n0 tel que : nN, nn0, un103

Exercice 2

Soit la suite (un) définie par :
{u0=9nN; un+1=13un+2

f est la fonction définie sur R+ par : f(x)=13x+2 et C sa courbe représentative dans un repère orthonormé direct (O; i, j).

1) Construire sur l'axe (O; i) les quatre premiers termes de la suite (un). Quelle conjecture peut-on réaliser ?

2) Démontrer que la suite (un) n'est ni arithmétique ni géométrique.

3) a) Démontrer que nN; 3<un9.

b) En déduire le sens de variation de la suite (un).

4) Pour tout n de N; vn=un3.

a) Montrer que la suite (vn) est une suite géométrique dont on déterminera le terme général en fonction de n.

b) En déduire le terme général de (un) en fonction de n, puis calculer la limite de la suite (un).

c) Calculer v0+v1+v2++v10.

d) Calculer sn=nk=0uk. Déterminer limsn.

Exercice 3

On considère la suite (un) définie par :
{u0=1nN; un+1=13un+n1.
Soit (vn) la suite numérique définie pour tout entier naturel n, par vn=4un6n+15.

1) Montrer que (vn) est une suite géométrique. Exprimer vn en fonction de n.

2) En déduire que, pour tout entier naturel n, un=194×13n+6n154.

3) Montrer que la suite (un) peut s'écrire sous la forme (un)=(tn)+(wn)(tn) est une suite géométrique et (wn) une suite arithmétique.

4) Calculer Tn=t0+t1+t2++tn et Wn=w0+w1+w2++wn, puis Un=u0+u1+u2++un.

Exercice 4

On considère les suites numériques (vn) et (un) définies sur N par : ln(7nvn)=2n et un=lnvn

1) Calculer v0 et u0.

2) Montrer que la suite (vn) est géométrique et déterminer sa raison.
La suite (vn) admet-elle une limite ?
Déterminer un entier n0 tel que n>n0 on ait vn>100.

3)  Montrer que la suite (un) est arithmétique et déterminer sa raison.
La suite (un) admet-elle une limite ?
Déterminer un entier n1 tel que n>n1 on ait un>100.

4) Calculer Sn=u0+u1+u2++un, puis n=v0×v1×v2××vn

Suites définies par des relations de récurrence

Exercice 1

Soit (vn) la suite définie par vn=nun et (un) la suite définie par {u1=1nN; un+1=vn+4n+1

1) Montrer que (vn) est une suite arithmétique dont on précisera la raison et le premier terme.

2) En déduire l'expression de vn en fonction de n, puis celle de un en fonction de n.

Exercice 2

Soit (an) et (bn) les suites réelles définies sur N par : a0=2, b0=4 et pour tout entier naturel n, an+1=14(an+3bn) et bn+1=14(3an+bn)

1) Soit (un) la suite réelle définie sur N par un=an+bn. Montrer que la suite (un) est constante.

2) Soit (vn) la suite réelle définie sur N par un=anbn.

a) Montrer que la suite (vn) est une suite géométrique convergente.

b) Exprimer vn en fonction de n.

3) Exprimer an et bn en fonction de n.
Montrer que les suites (an) et (bn) convergent vers la même limite.

Exercice 3

Soit a>1 et (un) la suite définie par {u0=anN; un+1=3un22un1

1) Montrer que pour tout entier naturel n, (un) existe et vérifie un>1.

2) Soit (vn) la suite définie sur N par vn=1un1

a) montrer que (vn) est une suite arithmétique dont on précisera la raison et le premier terme.

b) En déduire l'expression de vn en fonction de n et de a, puis celle de un en fonction de n et de a.

Exercice 4

Soient a et b deux réels et (un)nN la suite définie par la donnée de u0 et de la relation de récurrence : un+1=aun+b
 
A) a) Que peut-on dire de la suite (un) dans le cas où a=1 ? Exprimer alors un en fonction de u0 et b et donner la limite de la suite quand n tend vers +.
 
b) Mêmes questions qu'au a) dans le cas où b=0.
 
B) On suppose que a1 et b0.
 
a) Tracer les droites d'équations respectives y=ax+b et y=x dans un même repère orthonormé, puis construire géométriquement les premiers termes de la suite en prenant u0=1 dans chacun des cas suivants : (a, b)=(2, 3);(a, b)=(12, 3);(a, b)=(1, 3)
 
b) Montrer que si la suite (un) converge, sa limite vérifie =b1a.
 
c) Soit (vn) la suite définie sur N par vn=un. Montrer que la suite (vn) est une suite géométrique dont on précisera la raison.
 
d) Calculer v0 en fonction de u0, a, b et n.
 
e) Pour quelle valeur de u0 la suite (un) est-elle stationnaire ?
 
f) Montrer que si |a|<1, la suite (un) converge vers .
 
g) Montrer que si a=1, la suite (un) est périodique.
 
h) Montrer que si la suite (un) n'est pas stationnaire et si l'on a |a|>1, alors les suites (un) et (vn) sont divergentes. 

Exercice 5

A) On considère la suite (un) définie par : u0=1 et un+1=2+unun.
 
a) Quelles sont les limites éventuelles de cette suite ?
 
b) On pose vn=un2un+1 (nN.
 
Montrer que (vn) est une suite géométrique de raison 12, puis exprimer vn en fonction de n.
 
c) Exprimer un en fonction de n et en déduire la limite de (un).
 
B) On considère maintenant la suite (un) définie par : u0=3 et un+1=4un1un+2.
 
a) Montrer que l'équation 4x1x+2=x possède une seule solution α.
 
b) On pose vn=unα (nN).  Montrer que vn n'est jamais nul et que la suite (1vn) est une suite arithmétique de raison 13.
 
c) Exprimer 1vn puis un en fonction de n.
 
d) En déduire limn+un.

Exercice 6

Le repère (O; i, j) est orthonormé. Soient les points A0(a, 0) et A1(0, b), avec 0<b<a. Pour tout p de
N, la droite orthogonale en A2p+1 à la droite (A2pA2p+1) coupe la droite (O, i) en A2p+2; la droite orthogonale en A2p+2 à la droite (A2p+1A2p+2) coupe la droite (O, j) en A2p+3.
 
Calculer la limite, quand n tend vers +
 
a) de la longueur de la ligne polygonale A0A1....An.
 
b) de la somme des aires des triangles OA0A1, OA1A2, ......, OAn1An.

Suites adjacentes

Exercice 1

Soient (un) et (vn) deux suites réelles définies par :

{u1=12nN; un+1=un+2vn3{v1=1nN; vn+1=un+3vn4

1) Pour tout entier nN, on pose wn=vnun.

a) Démontrer que (wn) est une suite géométrique.

b) Exprimer wn en fonction de n.

c) Démontrer que la suite wn est convergente et déterminer sa limite.

2) Démontrer que la suite un est décroissante et que la suite vn est croissante.

3) Déduire de ce qui précède que les suites (un) et (vn) convergent vers une même limite.

4) Pour tout entier nN, on pose tn=3un+8vn.

a) Démontrer que (tn) est une suite constante.

b) En déduire la valeur de la limite commune des suites (un) et (vn).

5) Calculer en fonction de n

Sn=u1+u2+u3++un et Σn=v1+v2+v3++vn.

Exercice 2

On considère les suites (un) et (vn) définies par u0=3, v0=4 et un+1=un+vn2, vn+1=un+1+vn2. On pose wn=vnun et tn=13(un+2vn).

1) Démontrer que la suite (wn) est géométrique. Exprimer wn en fonction de n et déduire sa limite.

2) Démontrer que les suites (un) et (vn) sont adjacentes.

3) Démontrer que (tn) est une suite constante.

4) Exprimer (un) et (vn) en fonction de n, puis en déduire la valeur de la limite commune des suites.

Exercice 3

Soient (un) et (vn) deux suites définies par :
 
{u1=1+11! = 2nN, un=1+11!+12!++1n!
 
{v1=u1+11! = 3nN, vn=un+1n!
 
a) Montrer que ces deux suites sont adjacentes.
 
b) On désigne par e la limite commune de (un) et (vn) quand n tend vers l'infini et l'on suppose qu'il existe deux entiers p et q premiers entre eux tels que e=pq. Montrer qu'on a alors : 1+11!+12!++1q!<pq<1+11!+12!++1q!+1q! En déduire une contradiction.
 
c) Que peut-on en conclure quant à la nature du nombre e ?

Exercice 4

Soit u0 et v0 deux réels tels que 0<v0<u0. On définit les suites (un) et (vn) par : un+1=un+vn2;vn+1=2unvnun+vn
a) Démontrer par récurrence que :
 
 nN, 0<unvn
 
 (un) est croissante et (vn) est décroissante.
 
b) Montrer que (un) et (vn) convergent vers la même limite.

Exercice 5

Soit a un réel strictement positif et θ un réel de l'intervalle ]0; π2[.
 
Démontrer que les suites (un) et (vn) définies par : 
 
un=2n+1asinθ2n,etvn=2n+1atanθ2n sont adjacentes et calculer leur limite commune.

Suites définies par une relation de la forme un+1=f(un)

Exercice 1

La suite (un) est définie sur N par {u0=0u1=1nN; un+2=3un+1+4un

1) Calculer u2 et u3

2) (sn) est la suite définie par : nN, sn=un+1+un

a) Démontrer que la suite (sn) est géométrique.

b) Déterminer le terme général de (sn) en fonction de n.

3) (tn) est la suite définie par : nN, tn=(1)nun.  (vn) est la suite définie par : nN, vn=tn+1tn.

a) Exprimer vn en fonction de sn, puis en fonction de n.

b) Exprimer tn en fonction de n.

c) En déduire le terme général un de la suite (un) en fonction de l'entier n.

d) Calculer u10 et examiner la limite de (un)

Exercice 2

Soit f la fonction définie sur l'intervalle ]1; + par : f(x)=ln(1+x)
On note (un) la suite définie par : u0=2 et, pour tout entier naturel n, un+1=ln(1+un).

1) Donner un tableau de valeurs approchées à 102 près des termes u1, u2, u3, u4, u5 et u10

2) Tracer, dans un repère orthonormé (O; i, j), la courbe représentative de f et la droite d'équation (y=x), puis construire à l'aide de ce tracé les points de (O; i) d'abscisses respectives u1, u2, u3  et u4

3) Quelle conjecture peut-on réaliser ?

4) Montrer que nN; un est positif.

5) Montrer que la suite (un) est décroissante.

6) Déduire de ce qui précède que la suite (un) converge et que limn+un=0

Exercice 3

Soit la suite numérique (un) définie par u0[0; 1] et un+1=1+un2 pour tout entier naturel n.

1) Montrer que nN; 0un1.

2) Montrer que la suite (un) est croissante.

3) En déduire qu'elle admet une limite que l'on calculera.

4) On pose : u0=cosϕϕ[0; π2].

Montrer par récurrence que un=cos(ϕ2n).

Retrouver les résultats du 3.

Exercice 4

Soit la suite (un) définie par u0 et u1 égaux à 1 et par la relation de récurrence : un+1=un+2+un.
 
1) Montrer que la suite (un) est positive et croissante.
 
Montrer que nN : unn.
 
En déduire que la suite (un) n'est pas majorée.
 
2) Montrer que nN, u2nun+1.un1=(1)n.
 
3) Montrer que la suite (vn) telle que vn=un+1un est convergente.
 
Quelle est sa limite ?

Suites et intégrales

Exercice 1

On considère la suite (un) définie sur N par : un=1nnp=1lnpn

1) Soit p un élément de N, utiliser la monotonie de la fonction ln pour justifier que : 1nlnpnp+1npnlnxdx1nlnp+1n
2) Utiliser la première question pour démontrer que 1nln1n+11nlnxdxun11nlnxdx
3) Déduisez-en que (un) converge vers (-1).

4) On considère la suite (vn) définie sur N par : vn=(n!)1nn (on note vn=nn!n).

a) Montrer que pour tout élément n de N,  on a : vn=eun.

b) Déduisez-en que (vn) converge vers 1e.

Exercice 2

Soit f la fonction définie sur [0; 1] par f(x)=sin(πx).

1) a) Tracer la courbe représentative C de f dans un repère orthonormal.

b) Calculer  I=10sin(πx)dx.

c) Interpréter graphiquement cette intégrale.

2) Pour tout entier naturel n2, on pose : Sn=1n[f(0)+f(1n)+f(2n)++f(n1n)]

a) Interpréter graphiquement Sn, en introduisant les rectangles Rk de base [kn; k+1n] et de hauteur f(kn), où 0kn1.

Faire la figure lorsque n=5.

b) Prouver que : 1+eiπn+e2iπn++e(n1)iπn=21eiπn

c) En déduire que : sinπn+sin2πn++sin(n1)πn=cosπ2nsinπ2n

d) Prouver finalement que limn+Sn=2π

3) Comparer les résultats des questions 1 et 2 et interpréter graphiquement.

Commentaires

salut chers administrateurs pouvez-vous m'envoyer des documents de terminales S2 pour que je puisse preparer mon baccalautéat Merci votre aide me sera trés bénéfique

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