EX-15

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$(u_n)$ est la suite définie par $u_0 = 2$ et, pour tout entier naturel $n$, \[u_{n+1} = \frac{u_n}{3u_n + 1}.\] On admet que, pour tout entier naturel $n$, $u_n \neq 0$.

La suite $(v_n)$ est définie pour tout entier naturel $n$ par \[v_n = \frac 1 {u_n}.\]

  1. Calculer $u_1$, $u_2$ et $u_3$ puis $v_1$, $v_2$ et $v_3$.
    Corrigé
    \[\begin{aligned} u_1 &= \frac{u_0}{3u_0 + 1} = \frac 2 {3\times 2 + 1} = \frac 2 7\;;& \\ u_2 &=\frac{u_1}{3u_1 + 1} = \frac{\frac 2 7}{3\times \frac 2 7 + 1} = \frac{\frac 2 7}{\frac{6+7}7}& \\ &= \frac{\frac 2 7}{\frac{13} 7} = \frac{2}{7}\times \frac{7}{13} = \frac 2 {13}\;;& \\ u_3 &= \frac{u_2}{3u_2 + 1} = \frac{\frac 2 {13}}{3\times \frac 2 {13} + 1} =\frac{\frac 2 {13}}{\frac{6+13}{13}} = \frac{\frac 2 {13}}{\frac{19}{13}} & \\ &= \frac{2}{13}\times \frac{13}{19} = \frac 2 {19}.& \end{aligned}\] On en déduit : \[\begin{aligned} v_1 &=\frac 1 {u_1} = \frac 7 2\;;& \\ v_2 &=\frac 1 {u_2} = \frac{13} 2\;;& \\ v_3 &=\frac 1 {u_3} = \frac{19} 2.& \end{aligned}\]
  2. Démontrer que la suite $(v_n)$ est arithmétique.
    Corrigé
    Pour tout entier naturel $n$: \[\begin{aligned} v_{n+1} - v_n &=\frac{1}{u_{n+1}} - \frac 1 {u_n}& \\ &=\frac{3u_n + 1}{u_n} - \frac 1 {u_n}& \\ &=\frac{3u_n + 1 - 1}{u_n}& \\ &=\frac{3u_n}{u_n}& \\ &=3.& \end{aligned}\] La suite $(v_n)$ est donc arithmétique de raison 3.
  3. En déduire l'expression de $v_n$ en fonction de $n$, puis celle de $u_n$ en fonction de $n$.
    Corrigé
    Puisque $(v_n)$ est arithmétique de raison $r= 3$ et de premier terme \[v_0 = \frac 1 {u_0} = \frac 1 2,\] pour tout entier naturel $n$ : \[v_n = v_0 + nr = \frac 1 2 + 3n.\] Sachant que \[v_n = \frac 1 {u_n} \iff u_n = \frac 1 {v_n},\] pour tout entier naturel $n$: \[u_n = \frac 1 {v_n} = \frac 1 {\frac 1 2 + 3n} =\frac{1}{\frac{1 + 6n}2} =\frac{2}{6n+1}. \]

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