On considère la suite $\left(u_n\right)$ telle que $u_0 = 0$ et pour tout entier naturel $n$ : 
\[u_{n+1} = \dfrac{-u_n - 4}{u_n + 3}.\]
On admet que $u_n$ est défini pour tout entier naturel $n$.
	- 
		Calculer les valeurs exactes de $u_1$ et $u_2$.
		
Corrigé
		
			\[u_1 = \frac{-u_0-4}{u_0+3} = \frac{-0-4}{0+3} = -\frac 4 3.\]
			\[\begin{aligned}
				u_2 &= \frac{-u_1-4}{u_1+3} = \frac{\frac 4 3 - 4}{-\frac 4 3 + 3}
			=\frac{\frac{4-12} 3}{\frac{-4+9}3}
			=\frac{-\frac 8 3}{\frac 5 3}&
			\\
			&=-\frac 8 3 \times \frac 3 5 = -\frac 8 5.&
			\end{aligned}\]
		
	 
	- 
		On considère la fonction terme ci-dessous écrite de manière incomplète en langage Python :
		
def terme (n) :
  u = …
  for i in range(n):
    u = …
  return(u)
 		On rappelle qu'en langage Python, i in range (n) signifie
		que $i$ varie de $0$ à $n - 1$.
		
		Recopier et compléter le cadre ci-dessus de sorte que, pour tout entier naturel $n$, 
		l'instruction terme(n) renvoie la valeur de $u_n$.
		
Corrigé
		
			On peut proposer
 
def terme (n) :
  u = 0
  for i in range(n):
    u = (-u-4)/(u+3)
  return(u)
			
		 	
	 
	- 
		Soit la fonction $f$ définie sur $]-3;+\infty[$ par :
		\[f(x) = \dfrac{- x - 4}{x+ 3}.\]
		Ainsi, pour tout entier naturel $n$, on a $u_{n+1} = f\left(u_n\right)$.
		
		Démontrer que la fonction $f$ est strictement croissante sur $]-3\;;\;+\infty[$.
		
		Indication
		Corrigé
		
			On pourra déterminer $f'(x)$ et en étudier le signe.
		
		
			$f=\dfrac u v$ où les fonctions $u$ et $v$, dérivables sur $]-3;+\infty[$, vérifient
			\[\begin{aligned}
				u(x)&=-x-4\;;& \quad u'(x)&=-1\;;&
				\\
				v(x)&=x+3\;;& \quad v'(x)&=1.&
			\end{aligned}\]
			De plus, $v$ ne s'annule pas sur cet intervalle, donc la fonction $f$ est elle aussi
			dérivable sur $]-3;+\infty[$ et
			\[
				f'=\frac{u'v-uv'}{v^2}.\]
			Donc pour tout réel $x$ de $]-3;+\infty[$:
			\[\begin{aligned}
				f'(x) &= \frac{-(x+3)-(-x-4)\times 1}{(x+3)^2}&
				\\
				&=\frac{-x-3+x+4}{(x+3)^2}&
				\\
				&=\frac 1 {(x+3)^2}.&
			\end{aligned}\]
			Puisqu'il s'agit du carré d'un réel non nul:
			\[(x+3)^2 > 0 \implies \frac 1 {(x+3)^2} >0.\]
			La fonction $f'$ est strictement positive sur $]-3;+\infty[$, donc la fonction $f$ est strictement croissante 
			sur ce même intervalle.
		
	 
	- 
		Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel $n$ :
		\[- 2 < u_{n+1} \leqslant u_n.\]
		Indication
		
			Pour l'hérédité, on se souviendra qu'une fonction croissante conserve l'ordre.
			
			À savoir que si $f$ est croissante sur un intervalle $I$, $a\in I$ et $b\in I$, alors
			\[a \leqslant b \Rightarrow f(a) \leqslant f(b).\]
		
		Corrigé
		
			Notons $\mathcal P(n)$ l'assertion «$-2<u_{n+1} \leqslant u_n$».
			
			On sait que $u_0 = 0$ et $u_1 = -\frac 4 3$, donc on a bien
			\[-2 < u_1 \leqslant u_0.\]
			$\mathcal P(0)$ est donc vraie (initialisation).
			
			Supposons que pour un entier naturel $n$ donné, $\mathcal P(n)$ soit vraie:
			\[-2 < u_{n+1} \leqslant u_n.\]
			Tous ces nombres sont dans l'intervalle $]-3;+\infty[$ et la fonction $f$, 
			strictement croissante sur cet intervalle, conserve l'ordre.
			
			On a donc
			\[\begin{aligned}
				f(-2) &< f(u_{n+1}) \leqslant f(u_n)&
				\\ \implies
				\frac{2-4}{-2+3} &< u_{n+2} \leqslant u_{n+1}&
				\\ \implies
				\frac {-2} 1 &< u_{n+2} \leqslant u_{n+1}&
				\\ \implies
				-2 &< u_{n+2} \leqslant u_{n+1}.&
			\end{aligned}\]
			On vient de montrer que si $\mathcal P(n)$ est vraie, alors $\mathcal P(n+1)$ le sera aussi (hérédité).
			
			En conclusion, par récurrence, $\mathcal P(n)$ est vraie pour tout entier naturel $n$.
		
	 
	- 
		En déduire que la suite $\left(u_n\right)$ est convergente.
		
		Indication
		Corrigé
		
			Que nous apprend la question précédente sur la monotonie et le "bornage" de la suite $(u_n)$?
		
		
			On vient juste de montrer que la suite $(u_n)$ est décroissante mais minorée par −2.
			Elle converge donc vers un réel supérieur ou égal à −2.
		
	 
	- 
		Soit la suite $\left(v_n\right)$ définie pour tout entier naturel $n$ par :
		\[v_n = \dfrac{1}{u_n + 2}.\]
		
			- 
				Donner $v_0$.
				
Corrigé
				
					\[v_0 = \frac 1 {u_0+2} = \frac 1 {0+2} = \frac 1 2.\]
				
			 
			- 
				Démontrer que la suite $\left(v_n\right)$ est arithmétique de raison 1.
				
				Indication
				Corrigé
				
					Exprimer $v_{n+1}$ en fonction de $u_{n+1}$ puis de $u_n$.
					
					Montrer alors que $v_{n+1} - v_n = 1$.
				
				
					Pour tout entier naturel $n$:
					\[\begin{aligned}
						v_{n+1} 
						&=\dfrac 1 {u_{n+1} + 2}&
						\\
						&=\dfrac 1 {\dfrac{-u_n - 4}{u_n +3} + 2}&
						\\
						&=\dfrac 1 {\dfrac{-u_n-4 + 2(u_n + 3)}{u_n +3}}&
						\\
						&=\dfrac 1 {\dfrac{-u_n - 4 + 2u_n + 6}{u_n + 3}}&
						\\
						&=\dfrac{1}{\dfrac{u_n +2}{u_n + 3}}&
						\\
						&=\dfrac{u_n + 3}{u_n +2}.&
					\end{aligned}\]
					Donc, pour tout entier naturel $n$:
					\[\begin{aligned}
						v_{n+1} - v_n 
						&=\frac{u_n + 3}{u_n + 2} - \frac 1 {u_n + 2}&
						\\
						&=\frac{u_n +3 - 1}{u_n + 2}&
						\\
						&=\frac{u_n + 2}{u_n + 2}&
						\\
						&=1.&
					\end{aligned}\]
					La suite $(v_n)$ est donc arithmétique de raison $r=1$.
				
			 
			- 
				En déduire que pour tout entier naturel $n \geqslant 1$ :				
				\[u_n = \dfrac{1}{n + 0,5}  - 2.\]
				Indication
				Corrigé
				
					Puisque $(v_n)$ est aritmétique, on sait exprimer $v_n$ en fonction de $n$.
					
					En "inversant" la relation liant $v_n$ à $u_n$, on peut exprimer $u_n$ en fonction 
					de $v_n$, donc en fonction de $n$.
				
				
					Puisque $(v_n)$ est arithmétique, pour tout entier naturel $n$
					\[v_n = v_0 + nr = \frac 1 2 + n\times 1 = n + 0,5.\]
					D'autre part
					\[\begin{aligned}
						v_n &= \frac 1 {u_n + 2}&
						\\ \iff
						u_n + 2&= \frac 1 {v_n}&
						\\ \iff
						u_n &=\frac 1 {v_n} - 2&
						\\ \iff
						u_n &=\frac 1 {n+0,5} - 2.&
					\end{aligned}\]
				
			 
			- 
				Déterminer la limite de la suite $\left(u_n\right)$.
				
Corrigé
				
					 Calculons la limite de $(u_n)$ à partir de son terme général.
					\[\begin{aligned}
						\lim_{n\to+\infty} n + 0,5 &= +\infty&
						\\ \implies
						\lim_{n\to+\infty} \frac 1 {n+0,5} &= 0&
						\\ \implies
						\lim_{n\to+\infty} \frac 1 {n+0,5} -2 &=0 -2 = -2.&
					\end{aligned}\]
					La suite $(u_n)$ converge vers $-2$.