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Exercice corrigé : Sujet type bac : une suite homographique

Étudier les variations d'une fonctionÉtudier une suite $u_{n+1}=f(u_n)$ par récurrenceUtiliser une suite auxiliaire géométriqueÉcrire un algorithme de seuil en Python

On considère la fonction $f$ définie sur $[0\,;+\infty[$ par $f(x)=\dfrac{4x}{x+1}$.

Partie A

  1. Calculer $f'(x)$ et en déduire le sens de variation de $f$ sur $[0\,;+\infty[$.
  2. Calculer $f(3)$ et résoudre dans $[0\,;+\infty[$ l'équation $f(x)=x$.

Partie B

On considère la suite $(u_n)$ définie par $u_0=\dfrac12$ et $u_{n+1}=f(u_n)$ pour tout $n\in\mathbb{N}$.

  1. Calculer $u_1$ et $u_2$.
  2. Démontrer par récurrence que, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $\dfrac12\le u_n\le u_{n+1}\le3$.
  3. En déduire que $(u_n)$ converge, puis déterminer sa limite.

Partie C

On pose, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $v_n=\dfrac{u_n-3}{u_n}$.

  1. Démontrer que $(v_n)$ est une suite géométrique de raison $\dfrac14$ ; préciser $v_0$.
  2. En déduire que, pour tout $n$, $u_n=\dfrac3{1+5\times\left(\frac14\right)^n}$, et retrouver la limite de $(u_n)$.
  3. Montrer que $3-u_n=\dfrac{15}{4^n+5}$.
  4. On considère la fonction Python ci-dessous, qui doit renvoyer le plus petit entier $n$ tel que $3-u_n<10^{-3}$. Recopier et compléter les lignes 4 et 5, puis déterminer la valeur renvoyée.
def seuil():
    n = 0
    u = 0.5
    while ..........:
        u = ..........
        n = n + 1
    return n

Le cours associé

Limites de suites

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