Exercices d'entrainement types du Bac : Suites numériques
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(p−1) et Σn=∑np=0(p2−1), n∈N
b) La proposition "pour tout entier naturel n, Sn=Σn;∀n∈N" est-elle vraie ?
3) Soient an=3n, bn=−5n+10 et cn=3n−5n+10 trois suites réelles
Calculer An=∑np=0ap, Bn=∑np=0bp et Cn=∑np=0cp
Exercice 2
Soit (un) la suite définie par : ∀n∈N∗; un=1n2+n
1) Déterminer les réels a et b tels que : ∀n∈N∗; 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) ∀n∈N; un=−2(23)n;b) ∀n∈N; un=(−1)nlnn
c) ∀n∈N; un=−4n+12n−5;d) ∀n∈N; un=n−ln(n2+1)
e) ∀n∈N; un=en−1en+1;f) ∀n∈N; un=en−n3n
g) {u0=2∀n∈N; un+1=eun−2;h) {u0=2∀n∈N; un+1=ln(1+un)
i) ∀n∈N; un=∫n0−x2ex+1dx;j) ∀n∈N; un=∫10(1−x2)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=32∀n∈N; un+1=√un+2
1) Montrer que ∀n,0≤un≤2
2) Sachant que 0≤un≤2 et que |un+1−α|≤12|un−α|, montrer que |un−α|≤12n−1
3) En déduire limn→+∞un
Exercice 4
Soit xn une suite et gn la fonction définie sur [1, 2], pour tout n≥3, par : gn(x)=x−nlnx
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 n≥3; 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; x−12x2≤ln(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+n−1n2)(1+1n)
Exercice 6
Soit (un) une suite définie par : ∀n∈N; un=√n+1−√n
1) Démontrer que ∀n∈N∗, un<12√n
2) En déduire que limn→+∞(1+1√2+1√3+…+1√n)=+∞
Exercice 7
Soit (un) la suite réelle définie par : ∀n∈N∗; 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 : ∀n∈N∗; 2nn+1≤un≤2(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 : ∀n∈N, n≥n0, un≥103
Exercice 2
Soit la suite (un) définie par :
{u0=9∀n∈N; 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 ∀n∈N; 3<un≤9.
b) En déduire le sens de variation de la suite (un).
4) Pour tout n de N; vn=un−3.
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=1∀n∈N; un+1=13un+n−1.
Soit (vn) la suite numérique définie pour tout entier naturel n, par vn=4un−6n+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+6n−154.
3) Montrer que la suite (un) peut s'écrire sous la forme (un)=(tn)+(wn) où (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=1∀n∈N∗; 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=an−bn.
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=a∀n∈N; un+1=3un−22un−1
1) Montrer que pour tout entier naturel n, (un) existe et vérifie un>1.
2) Soit (vn) la suite définie sur N par vn=1un−1
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
Exercice 5
Exercice 6
Suites adjacentes
Exercice 1
Soient (un) et (vn) deux suites réelles définies par :
{u1=12∀n∈N∗; un+1=un+2vn3{v1=1∀n∈N∗; vn+1=un+3vn4
1) Pour tout entier n∈N∗, on pose wn=vn−un.
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 n∈N∗, 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=vn−un 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
Exercice 4
Exercice 5
Suites définies par une relation de la forme un+1=f(un)
Exercice 1
La suite (un) est définie sur N par {u0=0u1=1∀n∈N; un+2=3un+1+4un
1) Calculer u2 et u3
2) (sn) est la suite définie par : ∀n∈N, 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 : ∀n∈N, tn=(−1)nun. (vn) est la suite définie par : ∀n∈N, vn=tn+1−tn.
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 10−2 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 ∀n∈N; 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 ∀n∈N; 0≤un≤1.
2) Montrer que la suite (un) est croissante.
3) En déduire qu'elle admet une limite que l'on calculera.
4) On pose : u0=cosϕ où ϕ∈[0; π2].
Montrer par récurrence que un=cos(ϕ2n).
Retrouver les résultats du 3.
Exercice 4
Suites et intégrales
Exercice 1
On considère la suite (un) définie sur N∗ par : un=1nn∑p=1lnpn
1) Soit p un élément de N∗, utiliser la monotonie de la fonction ln pour justifier que : 1nlnpn≤∫p+1npnlnxdx≤1nlnp+1n
2) Utiliser la première question pour démontrer que 1nln1n+∫11nlnxdx≤un≤∫11nlnxdx
3) Déduisez-en que (un) converge vers (-1).
4) On considère la suite (vn) définie sur N∗ par : vn=(n!)1nn (on note vn=n√n!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 n≥2, on pose : Sn=1n[f(0)+f(1n)+f(2n)+…+f(n−1n)]
a) Interpréter graphiquement Sn, en introduisant les rectangles Rk de base [kn; k+1n] et de hauteur f(kn), où 0≤k≤n−1.
Faire la figure lorsque n=5.
b) Prouver que : 1+eiπn+e2iπn+…+e(n−1)iπn=21−eiπn
c) En déduire que : sinπn+sin2πn+…+sin(n−1)πn=cosπ2nsinπ2n
d) Prouver finalement que limn→+∞Sn=2π
3) Comparer les résultats des questions 1 et 2 et interpréter graphiquement.
Commentaires
cheikh omar (non vérifié)
lun, 06/14/2021 - 17:42
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