Epreuve d'enseignement de spécialité Nouvelle-Calédonie 28 août 2023 Jour 1 - Exercice 1
45 min
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On considère la suite (un) définie par u0=3 et, pour tout entier naturel n, par : un+1=5un−4n−3 .
Question 1
Démontrer que u1=12.
Correction
Pour tout entier naturel n, nous avons : un+1=5un−4n−3 Ainsi : u0+1=5u0−4×0−3 u1=5×3−4×0−3 u1=15−3 D'où :
u1=12
Question 2
Déterminer u2 en détaillant le calcul.
Correction
Pour tout entier naturel n, nous avons : un+1=5un−4n−3 Ainsi : u1+1=5u1−4×1−3 u2=5×12−4×1−3 u2=60−4−3 D'où :
u2=53
Question 3
À l’aide de la calculatrice, conjecturer le sens de variation ainsi que la limite de la suite (un).
Correction
D'après la calculatrice, on obtient les valeurs des termes de suite d'indice 2 à 9 .
On peut conjecturer que la suite (un) est croissante et sa limite tend vers +∞ .
Question 4
Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel n, on a : un≥n+1 .
Correction
Pour tout entier naturel n, posons la propriété Pn:un≥n+1 Etape d’initialisation On sait que u0=3 ainsi u0≥0+1. La propriété P0 est vraie Etape d’heˊreˊditeˊ Soit k un entier naturel. On suppose qu'il existe un entier k tel que la propriété Pk soit vraie c'est-à-dire uk≥k+1 et vérifions si la propriété est également vraie au rang k+1 c'est-à-dire uk+1≥k+1+1 que l'on écrit uk+1≥k+2 Par hypothèse de récurrence : uk≥k+1 , on multiplie de part et d'autre de l'inégalité par 5 5uk≥5(k+1) 5uk≥5k+5 , on rajoute −4k−3 (notre objectif est de faire apparaitre dans le membre de gauche uk+1) 5uk−4k−3≥5k+5−4k−3 uk+1≥k+2 Ainsi : uk+1≥k+2, il vient alors que la propriété Pk+1 est vraie. Conclusion Puisque la propriété P0 est vraie et que nous avons prouvé l'hérédité, on peut en déduire, par le principe de récurrence que pour tout entier naturel n, on a Pn vraie, c'est à dire que pour tout entier naturel n, on a bien un≥n+1
Question 5
En déduire la limite de la suite (un).
Correction
D'après la question précédente, nous avons montré que pour tout entier naturel n, nous avions : un≥n+1 . Comme n→+∞limn+1=+∞ et un≥n+1 alors d'après le theˊoreˋme de comparaison
n→+∞limun=+∞
Question 6
On considère la suite (vn) définie pour tout entier naturel n par : vn=un−n−1.
Démontrer que la suite (vn) est géométrique. Donner sa raison et son premier terme v0.
Correction
On considère la suite (vn) définie pour tout entier naturel n par : vn=un−n−1. Il vient alors que : vn+1=un+1−(n+1)−1 vn+1=un+1−n−1−1 vn+1=un+1−n−2 vn+1=5un−4n−3−n−2 vn+1=5un−5n−5 vn+1=5(un−n−1) Ainsi :
vn+1=5vn
Ainsi la suite (vn) est géométrique de raison q=5 et de premier terme v0=u0−0−1 c'est à dire v0=3−0−1=2.
Question 7
En déduire, pour tout entier naturel n, l’expression de vn en fonction de n.
Correction
L'expression de vn en fonction de n est donnée par la formule
vn=v0×qn
Ainsi :
vn=2×5n
Question 8
En déduire que pour tout entier naturel n : un=2×5n+n+1 .
Correction
On sait que vn=un−n−1 donc vn+n+1=un Il vient alors que :
un=2×5n+n+1
Question 9
En déduire le sens de variation de la suite (un) .
Correction
un+1−un=2×5n+1+(n+1)+1−(2×5n+n+1) un+1−un=2×5n+1+n+2−2×5n−n−1 un+1−un=2×5n+1+n+1−2×5n un+1−un=2×5n+1−2×5n+n+1 un+1−un=2×5n×51−2×5n+n+1 un+1−un=2×5n×5−2×5n+n+1 un+1−un=5n(2×5−2)+n+1 un+1−un=8×5n+n+1 Pour tout entier naturel n, on a 5n>0 et n+1>0. ll en résulte que 8×5n+n+1>0 et de ce fait un+1−un>0 . On peut en conclure que la suite (un) est donc croissante.
Question 10
def seuil() u=3 n=0 While …… u=…… n=n+1 return n
On considère la fonction ci-dessus, écrite de manière incomplète en langage Python et destinée à renvoyer le plus petit entier naturel n tel que un≥107 . Recopier le programme et compléter les deux instructions manquantes.
Correction
def seuil() u=3 n=0 While u<10∗∗7 u=5∗u+4∗n−3 n=n+1 return n
Question 11
Quelle est la valeur renvoyée par cette fonction ?
Correction
La valeur renvoyée par cette fonction est n=10. En effet, il s'agit du rang à partir duquel un≥107 .
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