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Exercice corrigé : Moyenne arithmético-géométrique (type CCINP)

Montrer que deux suites sont adjacentesRaisonner par récurrenceEstimer une vitesse de convergenceCalculer une valeur approchée avec contrôle de l'erreur

Soient $a,b$ deux réels tels que $0<a\le b$. On définit $(u_n)$ et $(v_n)$ par $u_0=a$, $v_0=b$ et, pour tout $n\in\mathbb N$, $$u_{n+1}=\sqrt{u_nv_n},\qquad v_{n+1}=\frac{u_n+v_n}2.$$

  1. Montrer que les suites sont bien définies et à termes strictement positifs.
  2. Montrer que $v_{n+1}-u_{n+1}=\frac12\left(\sqrt{v_n}-\sqrt{u_n}\right)^2$ pour tout $n$. En déduire que $u_n\le v_n$ pour tout $n\in\mathbb N$.
  3. Montrer que $(u_n)$ est croissante et $(v_n)$ décroissante.
  4. Montrer que $0\le v_{n+1}-u_{n+1}\le\frac{v_n-u_n}2$, puis que les suites sont adjacentes. On note $M(a,b)$ leur limite commune.
  5. Montrer que $v_{n+1}-u_{n+1}\le\frac{(v_n-u_n)^2}{8a}$ pour tout $n$.
  6. Dans cette question, $a=1$ et $b=2$. Calculer $u_1$ et $v_1$, puis montrer que $v_3-u_3<10^{-6}$. Donner un encadrement de $M(1,2)$ d'amplitude inférieure à $10^{-3}$ à l'aide de $u_2$ et $v_2$.

Le cours associé

Suites réelles : convergence

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