Exercice n°1 : ©
On considère la suite ( ) u n définie par :
01
0
4 3 , pour tout n
n n
u
u
+u
=
= + Î
ìï í
ïî ¥ .
1. a) Montrer que pour tout n de IN, 0 £ u n < 4 . b) Montrer que ( ) u n est strictement croissante
c) En déduire que ( ) u n converge et déterminer sa limite.
2. a) Montrer que pour tout entier naturel n, on a :
1( )
4 1 4
n 2 n
u
+u
- £ - .
b) Retrouver le résultat de 1. c).
Exercice n°2 :
On considère la suite ( ) u n définie sur ¥ par : 0
1
0
6 , pour tout n de IN
n n
u
u + u
ìï =
í = -
ïî
On note f la fonction définie sur ] -¥ , 6 ] par f ( ) x = 6 - x .
Sa courbe est représentée ci – dessous dans un repère orthonormé
1) Placer les quatre premiers termes de la suite ( ) u n sur l’axe des abscisses.
2) Répondre par « Vrai ou Faux » aux questions suivantes, en utilisant le graphique :
a) ( ) u n est monotone ; b) u 2 n £ u 2 n + 1 ; c) u 2 n £ u 2 n + 2 ; d) u 2 n + 1 £ u 2 n - 1 ; e) ( ) u n converge vers 2.
a b c d e
Faux Vrai Faux Vrai Faux Vrai Faux Vrai Faux Vrai
Suites réelles 2
4
èmeannée Maths
Septembre 2009
A. LAATAOUI
3) On se propose dans cette question de démontrer la convergence de la suite ( ) u n . a) Montrer que pour tout n de IN, on a : 1 1
2 2
n 2 n
u + - £ u - .
b) Montrer par récurrence que pour tout n de IN, on a : 1
2 2
2
n
u n æ ö
- £ ´ç ÷ è ø . c) En déduire que ( ) u n est convergente et déterminer sa limite.
Exercice n°3 : ©
On considère la suite U définie sur ¥ par :
0
1
1 1 1
n 1
n
u
u
+u
=
= + + ì ï
í ïî .
1. Montrer que pour tout n de ¥ , u n ³ 1 et u n ¹ 2 . 2. Montrer que pour tout n de ¥ ,
12 1 2
2 1
n n n
u u u
+
- -
= +
- .
3. On pose 2 1 k 2 -
= .
Montrer que pour tout n de ¥ , u n
+1- 2 £ k u n - 2 . En déduire que la suite U converge vers 2 . 4. Montrer que pour tout n de ¥ , 0
22 1
2
n n
u u
+
-
< <
- .
En déduire que la suite ( ) u
2nest croissante et que la suite ( u
2n
+1) est décroissante.
5. Application : calculer les premiers termes de la suite U et établir les encadrements suivants de 2 : 1 7 41 2 99 17 3
5 29 70 12 2
< < < < < < . Exercice n°4 :
1. Soit ( ) u n la suite réelle définie par
10, 1 u Î ù 2 é
ú ê
û ë et pour tout n de ¥
*, u n
+1= u n ( 1 - u n ) . a) Montrer que pour tout n de ¥
*, 0 1
n 2
< u < . b) Montrer que pour tout n de ¥
*, 1
n 1 u < n
+ .
(on pourra utiliser les variations de la fonction f définie sur 0, 1 2 é ù ê ú
ë û par f ( ) x = x ( 1 - x ) ).
c) Trouver lim n
n u
®+¥
.
2. Soit ( ) v n la suite définie par v n = nu n pour tout n de ¥
*.
Montrer que la suite ( ) v n est croissante et qu’elle est convergente.
Exercice n°5 :
Soit (U) la suite définie sur IN* par U n = å +
= +
+ = + +
+ +
+ 2 n 1
0 k n ² n k 1
n 2
²
n n
..
...
1
² n n
²
n n .
1°/a- Montrer que pour tout nÎ IN* : n 1 U 2 n n 2 n
2 £ n £ +
+ .
b- En déduire que (U) est convergente et calculer sa limite.
2°/a- Montrer que pour tout nÎ IN* : n n 1 n
2 1 £ - - . b- Déduire que pour tout nÎIN* : 3 1 ... n 1 2 n
1 2
1 + + + + £ .
3°/ Soit S n = U 1 + U 2 +…….+ U n .
a- Montrer que pour tout nÎIN* : 2n – 2( 1 3 ... n 1 )
1 2 1 ( 2 n 2 S 1 ) n 1 ...
3 1
2 1 £ n £ + + + + +
+ + + +
b- En déduire que pour tout nÎ IN* : 2n - 4 n + 1 £ S n £ 2 n + 4 n ; puis calculer lim n
n
S
®+¥ n . Exercice n°6 :
On considère la suite (U n ) définie sur IN par : U 0 =
2 1 et pour tout nÎIN* : U n = ( 1 - 2 1 n ) U n - 1 . 1°/Montrer que pour tout nÎIN : U n > 0.
2°/Soit (V n ) définie sur IN par : V n = n+ 1 U n . a- Exprimer :V² n+1 - V² n en fonction de n et de U² n .
b- Déduire que (V n ) est décroissante et que pour tout nÎIN : U n
1 n 2
1
£ + .
3°/ Soit (W n ) la définie sur IN par : W n = n U n . a- Montrer que (W n ) est croissante.
b- Déduire que pour tout nÎ IN * : U n
n 4
³ 1 .
4°/ Montrer que (U n ) est convergente et calculer sa limite.
5°/a- Calculer U n en fonction de n.
b-En déduire
² )
! n ( 2
)!
n 2 Lim 2 ( n 1
n ® +¥ + .
Exercice n°7 :
Le but de cet exercice est l’étude de la suite ( ) S n définie, pour n ³ 2 , par :
0
sin
n n
k
S k
n p
=
æ ö
= å ç è ÷ ø . 1. On pose pour n ³ 2 : z e i n
p
= . Calculer la somme
1
0 n
k k
z
-
å = .
2. Montrer que, pour n ³ 2 : 2 1 1 1
2 z i
tg n
= + p
- æ ö
ç ÷ è ø
.
3. En déduire que, pour n ³ 2 : 1 2 S n
tg n
= p
æ ö ç ÷ è ø
.
4. Etudier la limite de la suite ( ) u n définie, pour n ³ 2 , par : n S n
u = n .
Exercice n°8 : ©
On définit les suites ( ) a n et ( ) b n par a
0= 1 , b
0= 7 et
( )
( )
1
1
1 2 3
1 2
3
n n n
n n n
a a b
b a b
+
+
= +
= +
ì ïï í ï ïî
.
Soit D la droite munie d’un repère ( ) O i , r . Pour tout n Î ¥ , on considère les points A n et B n d’abscisses respectives a n et b n .
1. Placer les points A
0, B
0, A
1, B
1, A
2et B
2.
2. Soit ( u n ) la suite définie par u n = b n - a n pour tout n Î ¥ . Démontrer que ( u n ) est une suite géométrique dont on précisera la raison et le premier terme. Exprimer u n en fonction de n.
3. Comparer a n et b n . Etudier le sens de variation des suites ( ) a n et ( ) b n . 4. Démontrer que les suites ( ) a n et ( ) b n sont adjacentes.
5. Soit ( ) v n la suite définie par v n = a n + b n pour tout n Î ¥ . Démontrer que ( ) v n est une suite constante.
6. Justifier que les suites ( ) a n et ( ) b n sont convergentes et calculer leur limite.
Exercice n°9 :
On définit deux suites u et v sur ¥ par :
0
1
1 2 n n
n
n n
u u u v
u v
+
=
= +
ì ï
í ïî et
0
1
3
2
n n
n
v
u v v
+=
= + ì ï í ïî
1. Calculer les valeurs exactes de u
1, v
1, u
2et v
2. 2. a) Vérifier que, pour tout entier naturel n ,
( )
( )
2
1 1
2
n n
n n
n n
v u
v u
u v
+ +
- = -
+ .
b) Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel n , 0 < u n < v n .
3. a) Montrer que, pour tout entier naturel n ,
( )
1 1
1
n n 2 n n
v
+- u
+£ v - u
b) En déduire que, pour tout entier naturel n ,
1
1
n n 2 n
v - u £
-.
4. Démontrer que les suites u et v sont adjacentes. Que peut – on déduire ? 5. On pose pour tout entier naturel n : a n = u v n n .
a) Prouver que la suite ( ) a n n
Î¥est constante.
b) En calculant de deux façons différentes la limite de a n lorsque n tend vers +¥ , déterminer la limite commune l des suites u et v .
6. En utilisant u
2et v
2, donner un encadrement de l par deux décimaux, d’amplitude 0.04.
Exercice n°10 : (Contrôle 2009) ©
On considère les suites ( ) u n et ( ) v n définies sur IN par
0 1
0 1
0 ; 2
3
3 2
1 ;
5
n n
n
n n
n
u v
u u
u v
v v
+
+
ì = = +
ïï í +
ï = =
ïî 1. Montrer que pour tout entier naturel non nul n, u n £ v n .
2. Montrer que la suite ( ) u n est croissante et que la suite ( ) v n est décroissante.
3. Montrer que les suites ( ) u n et ( ) v n sont convergentes et qu’elles admettent la même limite.
4. Soit la suite ( ) w n définie sur IN par w n = 9 u n + 5 v n a) Montrer que ( ) w n est une suite constante.
b) En déduire la limite commune des suites ( ) u n et ( ) v n .
Exercice n°11 :
On pose, pour tout entier n supérieur ou égal à 1 : 1 1 1 ... 1
1! 2 ! !
= + + + +
u n
n et 1
= + !
´
n n
v u
n n . 1. Vérifier que : u
1= 2 et v
1= 3 , puis calculer u u v
2,
3,
2et v
3.
2. Montrer que ( u n ) est une suite strictement croissante.
3. a) Démontrer que pour tout entier n ³ 1, on a :
11
( 1) ( 1) !
+
- = -
´ + ´ +
n n
v v
n n n .
b) En déduire que ( v n ) est une suite strictement décroissante.
4. a) Démontrer que pour tout entier n ³ 2, on a : n !³ n . b) Calculer : lim !
® +¥
n n , puis lim 1
® +¥
´ !
n n n .
c) En déduire que les suites ( u n ) et ( ) v n sont adjacentes.
Exercice n°12 :
On considère la suite ( u n ) définie pour tout entier n ³ 1, par : u n 1
2= n , et on pose :
1 2 2 2 2
1
1 1 1
S ... ...
1 2
n
n k n
k
u u u u
n
=
= å = + + + = + + +
Le but de cet exercice est l’étude de la convergence de la suite ( S n ) de deux façons différentes
Partie préliminaire 1. Calculer S , S et S
1 2 3.
2. Démontrer que la suite ( S n ) est une suite croissante.
Partie 1 : Convergence de ( S n ) – Méthode 1 On considère la suite ( v n ), définie pour tout entier n ³ 1 par : 2
( 1) v n
= n n
+ , et on pose :
1
T
n
n k
k
v
=
= å
1. a) Démontrer par récurrence que pour tout entier n ³ 1, on a : T 2 2
n 1
= - n + . b) En déduire que la suite ( T n ) est une suite majorée.
2. Démontrer que pour tout entier n ³ 1, on a : u n £ v n .
3. Démontrer que la suite ( S n ) converge vers un nombre réel l.
Partie 2 : Convergence de ( S n ) – Méthode 2 et valeur approchée de l
On considère la suite ( w n ), définie pour tout entier n ³ 1 par : w n S n 1
= + n . 1. Démontrer que les deux suites ( S n ) et ( w n ) sont adjacentes.
2. En déduire que la suite ( S n ) converge vers un nombre réel l.
Exercice n°1 :
0 1
0
4 3 , pour tout n
n n
u
u
+u
=
= + Î
ìï í
ïî ¥
Illustration graphique de la suite :
Conjecture : La suite (u n ) est croissante, majorée par 4 et elle converge vers 4.
Réponses :
1. a) Montrons par récurrence que pour tout n de IN, 0 £ u n < 4 .
· Pour n = 0, 0 £ u 0 = < 0 4
· Pour n ³ 0, supposons que 0 £ u n < 4 et montrons que 0 £ u n + 1 < 4 En effet :
0 £ u n < Þ £ 4 0 3 u n < 12 Þ £ + 4 4 3 u n < 16 Þ 4 £ 4 3 + u n < 16 Þ £ £ 0 2 u n + 1 < 4 Ainsi " n Î IN, 0 £ u n < 4 .
b) 2 1 2 2 ( )( )
0 car 0 0 car u 4
4 3 1 4 0
n n
n n n n n n
u
u + u u u u u
> ³ > <
- = + - = + - >
123 1 424 3 Þ u n 2 + 1 > u n 2 Þ u n + 1 > u n ( u n > 0 ) Suites réelles 2
Corrigé
4
èmeannée Maths
Septembre 2009
A. LAATAOUI
Þ ( ) u n est strictement croissante
c) ( ) u n est croissante et majorée par 4 donc ( ) u n est convergente. Soit l la limite de ( ) u n
( ) [ ]
( )
1
converge vers 0, 4
4 3 , avec ( ) 4 3 4 , ( )
3 est continue sur 4 , donc en
3
n
n n n
u
u f u u f x x x f
f
+
ì ï Î
ï ï = = + = + Î - é +¥ Þ é =
í ê ë ê ë
ï ï é - +¥ é
ï ê ë ê ë
î
l
l l l
Þ [ ] 2 {
à rejeter
4 3 + l l = , avec l Î 0, 4 Û l - - = Û = - 3 l 4 0 l 1 ou =4 l Þ l =4 2. Autre procédé de convergence :
a) ( )
1
4 12 3 3 4
4 4 3
4 4 3 4 4 3
n n
n n
n n
u u u
u u u
+
- = - + = - = -
+ + + +
Or 1 1
0 4 3 2 4 4 3 6
4 4 3 6
n n n
n
u u u
³ Þ + ³ Þ + + ³ Þ u £
+ +
Þ
1( ) ( ) ( )
4 3 4 3 4 1 4
6 2
4 4 3
n
n n n
n
u u u u
+
u
- = - £ - = -
+ +
b)
( )
( )
( )
( )
( )
1
1 0
2 1
3 2
1
4 1 4 , pour tout k de IN
2
Pour k = 0, 0<4 1 4 2 Pour k = 1, 0<4 1 4
2 Pour k = 2, 0<4 1 4
2
Pour k = n - 1, 0<4 1 4 2
On fait le produit terme à terme et on simpl
k k
n n
u u
u u
u u
u u
u u
+
-
- £ -
- £ - ü ï
ï ï
- £ - ï
ï ï
- £ - ý
ï ï ï ï - £ - ï ïþ M
M
( 0 )
1 1
ifie on aura 0<4 4 4
2 2
n n
u n æ ö u æ ö
- £ ç ÷ è ø - = ´ ç ÷ è ø
{ ( )
0
0<4 4 1 converge et lim 4
2
n
n n n
n
u u u
®+¥
- £ ´ æ ö ç ÷ è ø Þ =
]
Exercice n°3 :
0
1
1 1 1
n 1
n
u
u
+u
=
= + + ì ï
í ïî
Illustration graphique de la suite :
Conjecture :
· La suite ( ) u 2n est croissante et majorée par 2
· La suite ( u 2 n + 1 ) est décroissante et minorée par 2
· La suite ( ) u n converge vers 2 Réponses :
1. Montrons par récurrence que pour tout n de IN, on a : u n ³ 1 et u n ¹ 2 .
· Pour n = 0, u
0= 1 ³ 1 et u
0= 1 ¹ 2 .
· Pour n ³ 0, supposons que u n ³ 1 et u n ¹ 2 et montrons que u n
+1³ 1 et u n
+1¹ 2 . En effet :
1
1 1
1 1 0 0 1 1 1
1 1
n n n
n n
u u u
u u +
³ Þ + > Þ > Þ + ³ Þ ³
+ +
1
1 1 1 1
2 1 1 2 2 1 1 2 2
1 1 2 1 1
n n n
n n n
u u u
u u u +
¹ Þ + ¹ + Þ ¹ Þ ¹ - Þ + ¹ Þ ¹
+ + + +
Ainsi " n Î IN, u n ³ 1 et u n ¹ 2 .
2.
12 1 2
2 1 ?
n n n
u u u
+
- -
= + -
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( )
1
2 1 1 1 2 1
1
1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 2 1 2 2
n n n
n
n n n
u u u
u
u u u
+
æ ö
- + = + ç è + - ÷ ø + =
- + + = - + - - + = - -
3. 2 1
k 2 -
=
·
1 2 1 2 2 1
1 1
2
n
n n
n
u
u u
u
+ - = - = -
+ +
-
1 1 2 1 2 1 2 1
Or 1 2
1 2 1 2 1
n
n n n
u k
u u u
- - -
+ ³ Þ £ Þ £ Þ £
+ + +
1
2 2
n n
u
+- £ k u - Þ
·
1
1 0
2 1
0
2 1
2 2
2 2
2 2
2 2
2 2
, p IN Pour p = 0,
Pour p = 1,
Pour p = n - 1,
On fait le produit terme à terme et on simplifie, on obtient :
p p
n n
n
n n
u k u
u k u
u k u
u k u
u k u k
+
-
- £ -
- £ -
- £ -
- £ -
- £ -
" Î ü ï ï ïï ý ï ï ï ïþ
£ M
M
1424 3
] [
lim n 0 car 1,1
n k k
®+¥ = Î - Þ ( ) u n converge vers 2
4.
2 1 1
1
2 1 2
2 1
2 1 2
2 1
n n n
n n n
u u u u u u
+ + +
+
- -
= + -
- -
= + -
ü ï
ï ý
ï ï
þ
On fait le produit terme à terme et on simplifie, on obtient :
( )
( )( ) { ( )
1 2
2
2 0
car1 2 et 1 2 1
0
2 2
1 2
1 2 3 2 2
0 1
1 1
n n4 4
n
n n n u u
u
u u u
++
>
+ ³ + ³
+
>
- =
-
- - -
< £ = <
+ +
14243 1442443
· Montrons par récurrence que pour tout n de IN, u 2 n < 2 Pour n = 0, u 0 = < 1 2
Pour n ³ 0, supposons que u 2 n < 2 et montrons que u 2 n + 2 < 2 En effet :
2 22
2 2 2 2 2
2 2
0 et 2 0 2 0 2
n n
n n n
u u
u u u
+
+ +
-
- > - < Þ - < Þ <
Ainsi " n Î IN, u 2 n < 2
· Montrons que la suite ( ) u 2n est croissante :
2 2 2
2 2 2 2 2 2 2
2 1 et 2
2 0 2 2
n n
n n n n n
u u
u u u u u
+
+ +
- <
- - < Þ - > - Þ >
On montre de même que u 2 n + 1 > 2 et que la suite ( u 2 n + 1 ) est décroissante.
5. 0 1 1 3 2 1 7 3 1 17 4 1 41 5 1 99
1, 1 , 1 , 1 , 1 , 1
3 7 17 41
2 2 5 12 29 70
1 1 1 1
2 5 12 29
u = u = + = u = + = u = + = u = + = u = + =
+ + + +
.
Puisque : u 0 < u 2 < u 4 < 2 < u 5 < u 3 < u 1 Þ 1 7 41 2 99 17 3
5 29 70 12 2
< < < < < <
Exercice n°8 :
( ) a n et ( ) b n sont deux suites définies par a
0= 1 , b
0= 7 et
( )
( )
1
1
1 2 3
1 2
3
n n n
n n n
a a b
b a b
+
+
= +
= +
ì ïï í ï ïî
.
1.
2. u n = b n - a n
· u n
+1= b n
+1- a n
+1= 1 ( 2 ) ( 1 2 ) 1 ( ) 1
3 a n + b n - 3 a n + b n = 3 b n - a n = 3 u n Þ ( u n ) est une suite géométrique de raison 1
3 et de premier terme u 0 = - b 0 a 0 = 6 .
· 0 1
6 3
n n
u n = ´ u q = ´ç ÷ æ ö è ø , pour tout n de IN.
3. 1
6 0
3
n
n n n n n
u = b - a = ´ æ ö ç ÷ è ø > Þ b > a , " n Î IN.
( )
1
0
1 1
2 0
3 3
n n n n n n n
a + a a b a a b
>
æ ö
ç ÷
- = + - = - + >
ç ÷
è 1424 3 ø Þ ( ) a n est croissante.
( )
1
0
1 1
2 0
3 3
n n n n n n n
b + b a b b a b
<
æ ö
ç ÷
- = + - = - <
ç ÷
è 123 ø Þ ( ) b n est décroissante.
4. lim ( n n ) lim n 0
n b a n u
®+¥ - = ®+¥ = , car ( u n ) est une suite géométrique de raison 1
3 Î ]-1, 1[.
( ) ( )
est croissante est décroissante
lim 0
n n
n n
n n
n
a b
a b
b a
®+¥
ü ï ï Þ
< ý ï
- = ï þ
( ) a n et ( ) b n sont deux suites adjacentes.
5. v n = a n + b n
1 1 1