PCSI
2
Suites réelles Fiche 11
Manipulation sur les limites
Exercice 1 Soit (u
n
)
nN
une suite de réels strictement positifs. On suppose qu’il existe kR
+
tel que u
n+1
u
n
n+
k.
1. Montrer que k < 1 =u
n
n+
0.
2. Montrer que k > 1 =u
n
n+
+.
Exercice 2 Soit (u
n
)
nN
une suite périodique. Montrer que (u
n
)
nN
converge si et seulement si (u
n
)
nN
est constante.
Exercice 3 Montrer qu’une suite réelle non majorée admet une sous suite divergente.
Exercice 4 On désire prouver que la suite (c
n
)
n
définie par c
n
= cos ndiverge. On raisonne par l’absurde, on note csa
limite.
1. Développer c
n+1
et en déduire que la suite (s
n
)
n
définie par s
n
= sin nconverge aussi. Quelle relation relie sa limite s
avec c?
2. A l’aide des suites de rangs pairs extraites des suites (c
n
)
n
et (s
n
)
n
aboutir à une contradiction.
Exercice 5 Soit (u
n
)
nN
une suite réelle telle que (u
2n
)
nN
,(u
2n+1
)
nN
et (u
3n
)
nN
convergent, montrer que (u
n
)
nN
converge.
Exercice 6 Soit aRet (u
n
)
nN
,(v
n
)
nN
,(w
n
)
nN
trois suites réelles vérifiant u
n
+v
n
+w
n
n+
3aet u
2
n
+v
2
n
+
w
2
n
n+
3a
2.
Montrer que ces trois suites convergent vers a.
Exercice 7 Théorème de Césaro (Classique).
1. Montrer que si (u
n
)
nN
est une suite convergente vers lalors la suite (v
n
)
nN
définie par n1,v
n
=u
1
+···+u
n
n=
1
n
n
k=1
u
k
converge aussi vers l.
2. Lemme de l’escalier : Montrer que si (w
n
)
nN
est telle que w
n+1
w
n
n+
lalors w
n
n
n+
l.
3. Applications.
(a) On définit la suite (u
n
)
nN
par u
1
>0et u
n+1
=
n
k=1
u
k
.Trouver, pour n2, une relation simple entre u
n
et
u
n+1
,étudier la monotonie de (u
n
)
nN
et sa nature. Montrer que u
n+1
u
n
n+
1
2,en déduire un équivalent
de u
n
.
(b) Si (u
n
)est une suite de réels strictements positifs telle que u
n+1
u
n
n+
l > 0,montrer que
n
u
n
n+
l.
Déterminer alors les limites des suites u
n
=
n
2n
net v
n
=
n
n!
n.
(c) Montrer que si (u
n
)est bornée et si la suite (d
n
)définie par d
n
=u
n+1
u
n
est croissante alors (u
n
)est
convergente.
Exercice 8 Soit (u
n
)
nN
une suite réelle telle que nN,u
n
=1.
1. Montrer que u
n
1 + u
n
n+
0 =u
n
n+
0.
2. On suppose que u
n
1 + u
2
n
n+
0et que (u
n
)
nN
est bornée, montrer que u
n
n+
0. Est-ce encore vrai si on enlève
l’hypothèse (u
n
)
nN
bornée ?
—1/4—
L F, L
PCSI
2
Suites réelles Fiche 11
Théorème d’encadrement
Exercice 9 Montrer que les suites de termes général suivant convergent vers zéro
1
(1)
n
sin
2
n
n
2
2
1
k
+ 2
k
+··· +n
k
nn
k+1
kN
3
1
k
2
k
+··· + (1)
n+1
n
k
nn
k+1
kN
4
n
k=1
k
n
k=1
k
3
5
nsin(n)
n
2
+ 1
6
n!
n
n
7
n
k=1
1
(n+k)
2
8
2n
k=n
ke
k
Exercice 10 Limite de
1
2n+1
k=1
1
n
2
+k
2
1
n
2
n
k=1
kxxR
Exercice 11 Soit (u
n
)
n
la suite définie par
u
n
=n
n
2
+n
n
2
+ 1 +... +n
n
2
+ 2n+n
n
2
+ 2n+ 1 =
2n+1
k=0
n
n
2
+k
Montrer que nN
,n(2n+ 2)
(n+ 1)
2
u
n
2n+ 2
n. En déduire la limite de (u
n
)
n
.
Exercice 12 On note pour nN
, S
n
=
n
k=1
1
k,u
n
=S
n
net v
n
=S
n
2n
1. Montrer que nN
,2n+ 1 2S
n
n+n1.
2. En déduire la nature de (S
n
)
n
,(u
n
)
n
et (v
n
)
n
ainsi qu’un équivalent de S
n
Exercice 13 Montrer que x0, x x
3
6sin xx. On pose alors pour n1,u
n
=
n
k=1
k
n
2
et v
n
=
n
k=1
sin k
n
2
.
Montrer que les deux suites (u
n
)
nN
et (v
n
)
nN
convergent.
Exercice 14
1. Soit (u
n
)une suite vérifiant
k]0,1[ ,nN,|u
n+1
| ≤ k|u
n
|
Montrer que la suite (u
n
)converge vers 0.
2. On définit la suite (u
n
)
nN
par u
0
= 1 et u
n+1
=1
8 + 2u
n
. Montrer que nN,u
n
>0.Si (u
n
)
nN
converge, quelle
est sa limite l? Montrer alors que nN,|u
n+1
l| ≤ 1
32 |u
n
l|et conclure.
3. Donner un exemple de suite telle qu’il existe kR
+
vérifiant nN,|u
n+1
| ≤ k|u
n
|et qui ne converge pas.
4. Plus technique : Soit (u
n
)une suite telle que
u
n+1
u
n
n+
lavec 0l < 1,montrer que u
n
n+
0.
Exercice 15 On définit (u
n
)
nN
par u
1
= 3 et u
n+1
=e
u
n
n.Etudier cette suite.
Exercice 16 On définit (u
n
)
nN
par u
n
=
n
k=1
1 + k
n
2
.
1. Montrer que x0, x x
2
2ln (1 + x)x
2. En déduire que (u
n
)
nN
converge et la limite de (u
n
)
nN
.
—2/4—
L F, L
PCSI
2
Suites réelles Fiche 11
Théorème de la limite monotone
Exercice 17 Suites monotones : Déterminer la nature des suites de terme général :
1
n
k=1
1
n+k
2
n
k=1
1
k
2
3
n
k=0
1 + e
k
4
n
k=0
1
k!
Pour (2) ,(utiliser
1
k
2
1
k(k1)
=
1
k1
1
k
).Pour (3) ,ln (1 + x)xet pour (4) ,1
k!1
2
k
si k...
Exercice 18 On définit (u
n
)
nN
par u
0
Ret u
n+1
=u
n
+e
u
n
.Etudier cette suite.
Exercice 19 Montrer que la suite (u
n
)
nN
, définie par u
n
=
n
k=1
1
(n+k) (n+k+ 1) est convergente.
Exercice 20 On définit la suite (u
n
)
nN
par u
0
= 1 et nN,u
n+1
=u
n
+1
u
n
.
1. Montrer que nN,u
n
1.Préciser la monotonie de (u
n
)
nN
et en déduire sa limite.
2. Montrer que nN,2u
2
n+1
u
2
n
2 + u
n+1
u
n
puis que 2nu
2
n
12n+u
n
1.
3. En déduire que u
n
2n.
Suites adjacentes
Exercice 21 Suites adjacentes : Montrer que les suites (u
n
)
n
et (v
n
)
n
sont adjacentes :
1
u
n
=
n
k=1
1
k
2
et v
n
=u
n
+1
n.
2
u
n
=
n
k=1
1
k
2
(k+ 1)
2
et v
n
=u
n
+1
3n
2
.
Exercice 22 On pose, pour nN
,S
n
=
n
k=1
(1)
k
ket u
n
=S
2n
,v
n
=S
2n+1
.
Montrer que les suites (u
n
)
n
et (v
n
)
n
sont adjacentes. En déduire la convergence de (S
n
)
n
.
Exercice 23 Suites adjacentes : Montrer que les suites (u
n
)
n
et (v
n
)
n
sont adjacentes :
1. u
n
=
n
k=1
1
k
p
et v
n
=
n
k=1
1
k
p
+1
n
p1
avec pentier fixé, p > 1.
2. u
n
=
n
k=1
1
k2n+ 1 et v
n
=
n
k=1
1
k2n.
3. u
n
=
n
k=1
1
k1
nln(n)et v
n
=
n
k=1
1
k+1
nln(n).On pourra faire des études de fonctions pour l’étude des monotonies
Exercice 24 Soient aet bdeux réels strictement positifs tels que a < b. On définit deux suites (u
n
)
n
et (v
n
)
n
par u
0
=a,
v
0
=b,nN,2
u
n+1
=1
u
n
+1
v
n
et v
n+1
=u
n
+v
n
2.Montrer que ces deux suites sont adjacentes, calculer leur limite.
Exercice 25 Soient u
0
et v
0
deux réels positifs tels que u
0
< v
0
, on définit deux suites (u
n
)
nN
et (v
n
)
nN
par les relations
de récurrence
nN,u
n+1
=u
2
n
u
n
+v
n
et v
n+1
=v
2
n
u
n
+v
n
Etudier ces deux suites.
Suites u
n+1
=f(u
n
)
—3/4—
L F, L
PCSI
2
Suites réelles Fiche 11
Exercice 26 On veut étudier étudier la suite (u
n
)
n
définie par u
0
[2,+[et nN,u
n+1
=2 + u
n
.Déterminer α
tel que α=f(α)f(x) = 2 + x. Montrer que si u
0
α, alors n,u
n
αet que la suite est décroissante. Montrer que
si u
0
α, alors 0u
n
αsi n1et la suite est décroissante à partir du rang 1.Conclure.
Exercice 27 On veut étudier étudier la suite (u
n
)
n
définie par u
0
]0,+[et nN,u
n+1
=
1
2
(u
n
+1
u
n
).Montrer que
pour n1,on a u
n
1et étudier la monotonie de (u
n
)
n1
et conclure.
Exercice 28 On veut étudier étudier la suite (u
n
)
n
définie par u
0
Ret u
n+1
=u
n
+e
u
n
. Etudier la monotonie et
conclure.
Suites implicites
Exercice 29 On considère l’équation (E)x
n
x1 = 0 n3, on pose f(x) = x
n
x1
1. A l’aide du binôme de Newton, montrer que f1 +
1
n
>0
2. En déduire que (E)admet une solution dans l’intervalle 1,1 + 1
n, on note x
n
cette solution. Montrer que (x
n
)
n
converge vers 1.Sans utiliser la monotonie de f, comment prouver l’unicité de x
n
?
3. A l’aide de nln(x
n
) = ln(1 + x
n
)montrer que x
n
= 1 + ln(2)
n+o1
n(i.e. x
n
1
ln(2)
n
).
Exercice 30 Montrer que l’équation xe
x
=nadmet une unique solution u
n
dans l’intervalle [n, n + 1] .Donner un
développement asymptotique à deux termes de u
n
.
Exercice 31 Soit nN,n6,montrer que l’équation ln (x) = x
2
nadmet deux solutions u
n
< v
n
. Etudier les suites
(u
n
)
nN
et (v
n
)
nN
. Donner la limite de u
n
et un équivalent de u
n
.
Exercice 32 Pour tout entier n1,on définit P
n
(X) = X
n
+X
n1
+···+X
2
+X1
1. Montrer que P
n
admet une unique racine positive notée x
n
, et que 0x
n
1.
2. Déterminer le signe de P
n+1
(x
n
)et en déduire la monotonie puis la nature de (x
n
)
n1
.
3. Déterminer la limite de (x
n
)(Indication : Montrer que x
n+1
n
n+
0et modifier l’écriture de P
n
).
4. On pose u
n
=x
n
1
2,montrer pour n2,0u
n
1
2
n
, puis que u
n
1
2
n+2
(Question
(∗∗)
).
Exercice 33 Soit n2,montrer que l’équation x
n
=x+nadmet une unique solution positive u
n
. Montrer que la suite
(u
n
)
nN
converge, préciser sa limite ℓ. Donner un équivalent de u
n
.
Suites complexes
Exercice 34 Soit aC. Etudier la convergence et calculer la limite éventuelle de la suite z= (z
n
)
n0
définie par :
z
0
=aet, pour tout n0, z
n+1
=1
3(2z
n
z
n
).(indication : z
n
=x
n
+iy
n
...)
Exercice 35 Expliciter le terme général de la suite (u
n
)définie par : θR, u
0
Cet n0, u
n+1
=e
u
n
+ sin θ.
Exercice 36 On définit la suite complexe (z
n
)par : z
0
Cet n0,z
n+1
=z
n
+|z
n
|
2.
1. Etudier cette suite lorsque z
0
est réel.
2. On suppose désormais que z
0
C\Ret on pose z
0
=re
avec r=|z
0
|et θ]π, 0[]0, π[. Pour tout n0, on pose
z
n
=r
n
e
n
avec r
n
=|z
n
|et θ
n
= arg z
n
dans ]π, π[. Exprimer z
n+1
et r
n+1
à l’aide de z
n
et r
n
.
3. En déduire que : n0,r
n
=rsin θ
2
n
sin
θ
2
n
et θ
n
=θ
2
n
.
4. Montrer que la suite (z
n
)converge vers un réel strictement positif à déterminer.
Exercice 37 Etudier les suites réelles (a
n
)et (b
n
)définies par : (a
0
, b
0
)R
2
et n0,a
n+1
=a
n
a
2
n
+b
2
n
et b
n+1
=b
n
a
2
n
+b
2
n
.
—4/4—
L F, L
1 / 4 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !