Suites Numériques Exercices 2 bac SM série 4

Exercice 1:

Soit \((a_{n})\) et \((b_{n})\) les suites définies pour tout \(n\) entier naturel par :
\(a_{0}=2, b_{0}=3\)\(a_{n+1}=\frac{1}{5}(3 a_{n}+2 b_{n})\) 
\(b_{n+1}=\frac{1}{5}(2 a_{n}+3 b_{n})\)

1. Soit \((u_{n})\) la suite de terme général:
\(u_{n}=a_{n}+b_{n}\).
Montrer que:
 \((u_{n})\) est constante et calculer \(u_{n}\).

2. Soit \((v_{n})\) la suite de terme général:
\(v_{n}=a_{n}-b_{n}\).
Montrer que:
 \((v_{n})\) est une suite géométrique.
En déduire:
l’expression de \(v_{n}\) en fonction de \(n\).

3. Exprimer:
\(a_{n}\) et \(b_{n}\) en fonction de \(u_{n}\) et \(v_{n}\) 
puis en fonction de \(n .\)
Calculer:
 \(\lim _{n➝+∞} a_{n}\) et \(\lim _{n n➝+∞} b_{n}\)

Exercice 2:

On définit la suite \(u_{n}\) par:
son premier terme \(u_{0}\)  et la relation de récurrence:
\(u_{n+1}=\frac{u_{n}+6}{u_{n}+2}\)

1). Montrer que:
il existe deux valeurs \(a=2\) et \(b=-3\) de \(u_{0}\)
tels que la suite \(u_{n}\) soit constante

2. Soit \(f(x)=\frac{x+6}{x+2};\) 
après avoir étudiée \(f\) sur \(IR^{*+}\)
tracer sa courbe représentative
ainsi que la droite \(y=x\) sur l’intervalle \([0;5]\) 
et représenter les premiers termes de \(u_{n}\) 
(on prendra \(u_{0}=0\) ).
Conjecturer le comportement de \(u_{n}\) 
(sens de variation, limite).

3). Montrer que:
si \(u_{0}\) est différent de \(a\) et \(b\), il en est de même de \(u_{n}\) 
(faire une démonstration par récurrence)

4. Calculer:
\(\frac{u_{n+1}-a}{u_{n+1}-b}\) en fonction de \(\frac{u_{n}-a}{u_{n}-b}\). 
En déduire:
la nature de la suite \(v_{n}=\frac{u_{n}-a}{u_{n}-b} .\) 
Donner l’expression de \(v_{n}\) en fonction de \(n\) puis celle de \(u_{n}.\) 
Calculer 
la limite de \(u_{n}\) quand \(n\) tend vers \(+∞\).

Exercice 3:

On considère la suite \(u_{n}\) définie par :
\(u_{0}=\frac{1}{8}\)  u_{n+1}=u_{n}(2-u_{n})\) 

1). a. Calculer:
\(u_{1}\) et \(u_{2}\).
b. Tracer:
dans un repère orthonormé la courbe représentative \(P\) de la fonction:
 \( f(x)=x(2-x)\) 
ainsi que la droite \(d:(y=x)\).
c. Utiliser d et P pour construire sur l’axe des abscisses
les points \(A_{1}, A_{2}, A_{3}\) d’abscisses respectives\(u_{1}, u_{2}, u_{3}\)

2. a. Montrer par récurrence que:
\(0<u_{n}<1\).
b. Montrer que:
\((u_{n})\) est croissante.

3. On considère la suite:
\(v_{n}=1-u_{n}\).a. Montrer que: \(v_{n+1}=v_{n}^{2}\)
b. Montrer par récurrence que: \(v_{n}=v_{0}^{2^{n}}.\) 
En déduire: l’expression de \(v_{n}\) puis celle de \(u_{n}\).
c. Déterminer:
la limite de \(v_{n}\) puis celle de \(u_{n}\).

Exercice 4:

On considère les deux suites:
\((u_{n})\) et \((v_{n})\) définies, pour tout entier naturel \(n,\) par :
\(u_{0}=3\)\(u_{n+1}=\frac{u_{n}+v_{n}}{2}\)
\(v_{0}=4\) \(v_{n+1}=\frac{u_{n+1}+v_{n}}{2}\)

1. Calculer:
 \(u_{1}, v_{1}, u_{2}, v_{2}\)

2. Soit la suite \((w_{n})\) définie pour tout entier naturel \(n\) par:
 \(w_{n}=v_{n}-u_{n}\)a. Montrer que:
 la suite \((w_{n})\) est une suite géométriquede raison \(\frac{1}{4}\)b. Exprimer:
 \(w_{n}\) en fonction de \(n\) et préciser la limite dela suite \((w_{n})\).

3. Après avoir étudié le sens de variation des suites \((u_{n})\)et \((v_{n}),\) 
démontrer que ces deux suites sont adjacentes.Que peut-on en déduire ?

4. On considère à présent la suite \((t_{n})\)
définie, pour tout entier naturel \(n,\) par:
 \(t_{n}=\frac{u_{n}+2 v_{n}}{3}\)
a. Démontrer que:
la suite \((t_{n})\) est constante.
b. En déduire:
la limite des suites \((u_{n})\) et \((v_{n})\).

Exercice 5:

On définit les suites \((a_{n})\) et \((b_{n})\) par:
 \(a_{0}=1, b_{0}=7\) \(a_{n+1}=\frac{1}{3}(2 a_{n}+b_{n})\)
\(b_{n+1}=\frac{1}{3}(a_{n}+2 b_{n})\)
Soit \((D)\) une droite munie d’un repère \((O ; \vec{i}) .\) 
Pour tout \(n\) de \(IN\) on considère les points:
\(A_{n}\) et \(B_{n}\) d’abscisses respectives \(a_{n}\) et \(b_{n}\)

1. Placez:
les points \(A_{0}, B_{0}, A_{1}, B_{1}, A_{2}\) et \(B_{2}\).

2. Soit \((u_{n})\) la suite définie par:
\(u_{n}=b_{n}-a_{n}\). 
Démontrez que:
\((u_{n})\) est une suite géométrique 
dont on précisera la raison et le premier terme. 
Exprimez:
\(u_{n}\) en fonction de \(n\)

3. Comparez:
  \(a_{n}\) et \(b_{n}\). 
Étudiez:
le sens de variation des suites \((a_{n})\) et \((b_{n}).\) 
Interprétez géométriquement ces résultats.

4. Démontrez que:
les suites \((a_{n})\) et \((b_{n})\) sont adjacentes.

5. Soit \((v_{n})\) la suite définie par:
\(v_{n}=b_{n}-a_{n}\) pour tout entier \(n.\)
Démontrez que:
\((v_{n})\) est une suite constante.
En déduire que:
les segments \([A_{n} B_{n}]\) ont tous le même milieu I.

6. Justifiez:
 que les suites \((a_{n})\) et \((b_{n})\) sont convergentes
*calculez leur limite. 
Interprétez géométriquement ce résultat.

Exercice 6:

On considère les suites \((u_{n})\) et \((v_{n})\) définies sur \(IN\) par:
\(u_{0}=3\)\(u_{n+1}=\frac{u_{n}+v_{n}}{2}\)\(v_{n}=\frac{7}{u_{n}}\)

1). Calculer:
 \(v_{0}, u_{1}, v_{1}, u_{2}, v_{2}, u_{3}\) et \(v_{3}\). 
Donner l’approximation de \(u_{3}\) et \(v_{3}\) lue sur la calculatrice.

2). Justifier par récurrence que:
 pour tout \(n\) de \(\mathbb{N}, u_{n}>0\)et \(v_{n}>0\)

3). a. Démontrer que: 
quel que soit \(n\) de \(\mathbb{N}\),\((u_{n}+v_{n})^{2}-28=(u_{n}-v_{n})^{2}\)b. En déduire que:
 \(u_{n+1}-v_{n+1}=\frac{1}{4 u_{n+1}}(u_{n}-v_{n})^{2}\).c. Conclure que:
 quel que soit \(n\) on a \(u_{n}-v_{n} ≥ 0\).

4. En s’aidant de la question 3). c. 
prouver que:
 la suite \((u_{n})\) est décroissante 
et que la suite \((v_{n})\) est croissante.

5. a. Démontrer que:
 quel que soit \(n\) de \(IN^{*}, u_{n} ≥ \frac{21}{8}\).b. Utiliser le résultat précédent pour démontrer que:\(u_{n+1}-v_{n+1}≤ \frac{1}{10}(u_{n}-v_{n})^{2}\)c. En déduire:
à l’aide d’un raisonnement par récurrence que:
\(u_{n}-v_{n}≤ \frac{1}{10^{2^{n}-1}}\).d. Déterminer:
la limite de \(u_{n}-v_{n}\) lorsque \(n\) tend vers +∞.

6. Conclure que:
les suites \((u_{n})\) et \((v_{n})\) sont adjacentes 
et déterminer leur limite commune.

Exercice 7:

On considère les suites \((a_{n})\) et \((b_{n})\) définies par:
\(a_{0}=3, b_{0}=1\) 
et pour tout entier naturel \(n\) on a:
\(a_{n+1}=\frac{2 a_{n}+b_{n}+3}{3}\) 
\(b_{n+1}=\frac{a_{n}+2 b_{n}+3}{3}\) 
On pose: 
\(u_{n}=a_{n}-b_{n}\)

1) a- Montrer que:
 pour tout entier naturel \(n\),\(u_{n}=2(\frac{1}{3})^{n}\)
b- En déduire:
la limite de \((u_{n})\)

2) On pose, pour n ∈ IN*:
\(v_{n}=\frac{a_{n}+b_{n}}{n}\)a/ Montrer que:
 pour tout n≥1on a:
 \(v_{n} ≥ 2\)
b/ Montrer que:
pour tout \(n ≥ 1\) on a :\(v_{n+1}=v_{n}+\frac{2-v_{n}}{n+1}\)
c/ En déduire que:
\((v_{n})\) converge vers un réel \(l>0\)
Exprimer alors
\(a_{n}\) et \(b_{n}\) en fonction de \(u_{n}\) et \(v_{n}\) et \(n\) 
puis déterminer les limites des suites \((a_{n})\) et \((b_{n})\).

Exercice 8:

On considère la suite:
\(u_{0}=1\)  \(u_{n+1}=\frac{4 u_{n}}{u_{n}+2} ; n ∈IN.\)

1) Montrer par récurrence que:
 pour tout n∈IN}on a :\(1≤ u_{n}<2\)

2) a)Montrer que:
\((u_{n})\) est une suite croissante.b) En déduire que:
la suite u est convergente et déterminer sa limite.

3) Soit la suite \(v\) définie sur IN par:
\(v_{n}=1-\frac{2}{u_{n}}\).
a) Montrer que:
\((v_{n})\) est une suite géométrique de raison \(q=\frac{1}{2}\)
b) Exprimer:
\(v_{n}\) puis \(u_{n}\) en fonction de \(n\)
c) En déduire:
la limite de la suite \((u_{n})\).