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Correction exo 2 (algo) Maths BAC S 2015 (Liban - mai 2015)

Discussions scientifiques et scolaires

Correction exo 2 (algo) Maths BAC S 2015 (Liban - mai 2015)

Message non lude critor » 27 Mai 2015, 15:02

Correction exercice n°2
(suites + algo)
du sujet de Maths du BAC S 2015 au Liban.


Question 1)

$mathjax$u_0=\int_0^1\frac{1}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_0}=\left[\ln(1+x)\right]_0^1\\
\phantom{u_0}=\ln(1+1)-\ln(1+0)\\
\phantom{u_0}=\ln(2)-\ln(1)\\
\phantom{u_0}=\ln(2)-0\\
\phantom{u_0}=\ln(2)$mathjax$



Question 2)a)

Pour tout entier naturel n,
$mathjax$u_{n+1}+u_n=\int_0^1\frac{x^{n+1}}{1+x}\,\mathrm{d}x+\int_0^1\frac{x^n}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\int_0^1\frac{x^{n+1}}{1+x}+\frac{x^{n}}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\int_0^1\frac{x^{n+1}+x^n}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\int_0^1\frac{x^n\left(x+1\right)}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\int_0^1 x^n\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\left[\frac{x^{n+1}}{n+1}\right]_0^1\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\frac{1^{n+1}}{n+1}-\frac{0^{n+1}}{n+1}\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\frac{1}{n+1}-\frac{0}{n+1}\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\frac{1}{n+1}-0\\
\phantom{u_{n+1}+u_n}=\frac{1}{n+1}$mathjax$



Question 2)b)

Utilisons la relation de la question précédente pour n=0 :
$mathjax$u_{0+1}+u_0=\frac{1}{0+1}\Leftrightarrow u_1+u_0=\frac{1}{1}\\
\phantom{u_{0+1}+u_0=\frac{1}{0+1}}\Leftrightarrow u_1+u_0=1\\
\phantom{u_{0+1}+u_0=\frac{1}{0+1}}\Leftrightarrow u_1=1-u_0\\
\phantom{u_{0+1}+u_0=\frac{1}{0+1}}\Leftrightarrow u_1=1-\ln(2)$mathjax$



Question 3)a)

Remarque :
L'algorithme fourni est censé calculer les termes de la suite à l'aide d'une boucle. Cela implique de construire l'algorithme autour d'une relation de récurrence, donnée ici en question 2)a), selon le squelette suivant :
  • initialisation : affectation de la variable terme à la valeur du terme initial
  • boucle : modification de la variable terme à l'aide de la relation de récurrence

D'après le 2)a), pour tout entier naturel n on a
$mathjax$u_{n+1}+u_n=\frac{1}{n+1}\\
\Leftrightarrow u_{n+1}=\frac{1}{n+1}-u_n$mathjax$

Code: Tout sélectionner
Variables :
   i et n sont des entiers naturels
   u est un réel
Entrée :
   Saisir n
Initialisation :
   Affecter à u la valeur ln(2)
Traitement :
   Pour i variant de 1 à n
   |   Affecter à u la valeur 1/i-u
   Fin de Pour
Sortie :
   Afficher u



Question 3)b)

D'après le tableau de valeurs, la suite semble décroissante et convergente vers 0.


Question 4)a)

Etudions le signe de
$mathjax$u_{n+1}-u_n$mathjax$
.
Pour tout entier naturel n,
$mathjax$u_{n+1}-u_n=\int_0^1\frac{x^{n+1}}{1+x}\,\mathrm{d}x-\int_0^1\frac{x^n}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}-u_n}=\int_0^1\frac{x^{n+1}}{1+x}-\frac{x^{n}}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}-u_n}=\int_0^1\frac{x^{n+1}-x^n}{1+x}\,\mathrm{d}x\\
\phantom{u_{n+1}-u_n}=\int_0^1\frac{x^n\left(x-1\right)}{1+x}\,\mathrm{d}x$mathjax$

Or, pour tout entier naturel n et pour tout
$mathjax$x\in[0;1]$mathjax$
:
  • $mathjax$x\geq 0\Rightarrow x^n\geq 0$mathjax$
  • $mathjax$x\leq 1\Leftrightarrow x-1\leq 1-1\\
    \phantom{x\leq 1}\Leftrightarrow x-1\leq 0$mathjax$
  • $mathjax$x\geq 0\Leftrightarrow 1+x\geq 1\Rightarrow 1+x\geq 0$mathjax$
Donc pour tout entier naturel n et pour tout
$mathjax$x\in[0;1]$mathjax$
,
$mathjax$\frac{x^n\left(x-1\right)}{1+x}\leq 0$mathjax$
.
Donc pour tout entier naturel n,
$mathjax$\int_0^1\frac{x^n\left(x-1\right)}{1+x}\,\mathrm{d}x\leq 0$mathjax$
.
La suite
$mathjax$(u_n)$mathjax$
est donc décroissante.


Question 4)b)

On sait que la suite
$mathjax$(u_n)$mathjax$
est décroissante.
Montrons de plus qu'elle est minorée.
Pour tout entier naturel n,
$mathjax$u_n=\int_0^1\frac{x^n}{1+x}\,\mathrm{d}x$mathjax$
.
Or, pour tout entier naturel n et pour tout
$mathjax$x\in[0;1]$mathjax$
:
  • $mathjax$x\geq 0\Rightarrow x^n\geq 0$mathjax$
  • $mathjax$x\geq 0\Leftrightarrow 1+x \geq 1\Rightarrow 1+x\geq 0$mathjax$
Donc pour tout entier naturel n et pour tout
$mathjax$x\in[0;1]$mathjax$
,
$mathjax$\frac{x^n}{1+x}\geq 0$mathjax$
.
Donc pour tout entier naturel n,
$mathjax$\int_0^1\frac{x^n}{1+x}\geq 0\,\mathrm{d}x\leq 0$mathjax$
.
La suite
$mathjax$(u_n)$mathjax$
est ainsi décroissante et minorée par 0.
Donc la suite
$mathjax$(u_n)$mathjax$
est convergente.


Question 5)

On pose donc
$mathjax$\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}u_n=l$mathjax$

Or pour tout entier naturel n,
$mathjax$u_{n+1}+u_n=\frac{1}{n+1}$mathjax$
.
Passons à la limite :
  • $mathjax$\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}u_{n+1}=\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}u_n\\
    \phantom{\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}u_{n+1}}=l$mathjax$
  • $mathjax$\lim\limits_{n\rightarrow+\infty}n+1=+\infty\Rightarrow \lim\limits_{n\rightarrow+\infty}\frac{1}{n+1}=0$mathjax$
Donc
$mathjax$l+l=0\Leftrightarrow 2l=0\\
\phantom{l+l=0}\Leftrightarrow l=\frac{0}{2}
\phantom{l+l=0}\Leftrightarrow l=0$mathjax$
Dernière édition par Bisam le 27 Mai 2015, 22:13, édité 4 fois.
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