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Exercice 1: 1- On considère la suite numérique (Un)n∈N définie par {U0 = 4, Un+1 = 3/4Un - 1 ; n∈N Calculer U1 et U2.

Mathematics

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3 parts
a

V0=8V_0 = 8

b

Vn=8⋅(34)nV_n = 8 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n

c
3

S=15ln⁡3−12ln⁡2S = 15 \ln 3 - 12 \ln 2

Step-by-step solution

8 steps

Voici la résolution de l'exercice.

1- Calculer U1U_1 et U2U_2.
La suite (Un)(U_n) est définie par U0=4U_0 = 4 et Un+1=34Un−1U_{n+1} = \frac{3}{4}U_n - 1.

Step 1: Calculer U1U_1.
On utilise la formule pour n=0n=0:

U1=34U0−1U_1 = \frac{3}{4}U_0 - 1

On substitue U0=4U_0 = 4:

U1=34(4)−1U_1 = \frac{3}{4}(4) - 1 U1=3−1U_1 = 3 - 1 U1=2U_1 = 2

Step 2: Calculer U2U_2.
On utilise la formule pour n=1n=1:

U2=34U1−1U_2 = \frac{3}{4}U_1 - 1

On substitue U1=2U_1 = 2:

U2=34(2)−1U_2 = \frac{3}{4}(2) - 1 U2=32−1U_2 = \frac{3}{2} - 1 U2=32−22U_2 = \frac{3}{2} - \frac{2}{2} U2=12U_2 = \frac{1}{2}

Les valeurs sont U1=2 et U2=12\boxed{U_1 = 2 \text{ et } U_2 = \frac{1}{2}}.

2- La suite géométrique (Vn)(V_n) à termes positifs, de premier terme V0V_0, de raison q=34q = \frac{3}{4} et telle que V3=278V_3 = \frac{27}{8}.

Part a· 2 steps

Justifier que V0=8V_0 = 8.

La formule générale d'une suite géométrique est Vn=V0⋅qnV_n = V_0 \cdot q^n.

  1. Écrire V3V_3 en fonction de V0V_0 et qq.

    V3=V0⋅q3V_3 = V_0 \cdot q^3

    On substitue les valeurs données V3=278V_3 = \frac{27}{8} et q=34q = \frac{3}{4}:

    278=V0⋅(34)3\frac{27}{8} = V_0 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^3
  2. Calculer (34)3\left(\frac{3}{4}\right)^3 et résoudre pour V0V_0.

    278=V0⋅3343\frac{27}{8} = V_0 \cdot \frac{3^3}{4^3} 278=V0⋅2764\frac{27}{8} = V_0 \cdot \frac{27}{64}

    Pour trouver V0V_0, on divise 278\frac{27}{8} par 2764\frac{27}{64}:

    V0=278÷2764V_0 = \frac{27}{8} \div \frac{27}{64} V0=278×6427V_0 = \frac{27}{8} \times \frac{64}{27} V0=648V_0 = \frac{64}{8} V0=8V_0 = 8

    On a justifié que V0=8\boxed{V_0 = 8}.

Part b

Vn=8⋅(34)nV_n = 8 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n

Exprimer VnV_n en fonction de nn.

La formule générale d'une suite géométrique est Vn=V0⋅qnV_n = V_0 \cdot q^n.

  1. Substituer V0=8V_0 = 8 et q=34q = \frac{3}{4} dans la formule.

    Vn=8⋅(34)nV_n = 8 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n

    L'expression de VnV_n est Vn=8⋅(34)n\boxed{V_n = 8 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n}.

Part c3

Déterminer lim⁡n→+∞(Vn+3)\lim_{n \to +\infty} (V_n + 3).

  1. Déterminer la limite de VnV_n quand n→+∞n \to +\infty.

    Puisque la raison q=34q = \frac{3}{4} est comprise entre −1-1 et 1 (c'est-à-dire ∣q∣<1|q| < 1), la limite de qnq^n quand n→+∞n \to +\infty est 0.

    lim⁡n→+∞Vn=lim⁡n→+∞8⋅(34)n=8⋅0=0\lim_{n \to +\infty} V_n = \lim_{n \to +\infty} 8 \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^n = 8 \cdot 0 = 0
  2. Calculer la limite de (Vn+3)(V_n + 3).

    lim⁡n→+∞(Vn+3)=lim⁡n→+∞Vn+lim⁡n→+∞3\lim_{n \to +\infty} (V_n + 3) = \lim_{n \to +\infty} V_n + \lim_{n \to +\infty} 3 lim⁡n→+∞(Vn+3)=0+3\lim_{n \to +\infty} (V_n + 3) = 0 + 3 lim⁡n→+∞(Vn+3)=3\lim_{n \to +\infty} (V_n + 3) = 3

    La limite est 3\boxed{3}.

    3- Soit (Wn)n∈N(W_n)_{n \in \mathbb{N}} une suite arithmétique de terme général Wn=ln⁡(8×(34)n)W_n = \ln\left(8 \times \left(\frac{3}{4}\right)^n\right) et de premier terme W0=ln⁡8W_0 = \ln 8. Déterminer, en fonction de ln⁡2\ln 2 et de ln⁡3\ln 3, la somme S=W0+W1+⋯+W5S = W_0 + W_1 + \dots + W_5.

  3. Simplifier l'expression de WnW_n et trouver la raison dd de la suite arithmétique.

    On utilise les propriétés des logarithmes: ln⁡(ab)=ln⁡a+ln⁡b\ln(ab) = \ln a + \ln b et ln⁡(ab)=bln⁡a\ln(a^b) = b \ln a.

    Wn=ln⁡(8×(34)n)W_n = \ln\left(8 \times \left(\frac{3}{4}\right)^n\right) Wn=ln⁡8+ln⁡((34)n)W_n = \ln 8 + \ln\left(\left(\frac{3}{4}\right)^n\right) Wn=ln⁡8+nln⁡(34)W_n = \ln 8 + n \ln\left(\frac{3}{4}\right) Wn=ln⁡8+n(ln⁡3−ln⁡4)W_n = \ln 8 + n (\ln 3 - \ln 4) Wn=ln⁡8+n(ln⁡3−ln⁡(22))W_n = \ln 8 + n (\ln 3 - \ln(2^2)) Wn=ln⁡8+n(ln⁡3−2ln⁡2)W_n = \ln 8 + n (\ln 3 - 2 \ln 2)

    On sait que W0=ln⁡8W_0 = \ln 8. En utilisant Wn=W0+ndW_n = W_0 + nd, la raison dd est (ln⁡3−2ln⁡2)(\ln 3 - 2 \ln 2).
    On exprime W0W_0 en fonction de ln⁡2\ln 2:

    W0=ln⁡8=ln⁡(23)=3ln⁡2W_0 = \ln 8 = \ln(2^3) = 3 \ln 2
  4. Calculer W5W_5 en fonction de ln⁡2\ln 2 et ln⁡3\ln 3.

    W5=W0+5dW_5 = W_0 + 5d W5=3ln⁡2+5(ln⁡3−2ln⁡2)W_5 = 3 \ln 2 + 5(\ln 3 - 2 \ln 2) W5=3ln⁡2+5ln⁡3−10ln⁡2W_5 = 3 \ln 2 + 5 \ln 3 - 10 \ln 2 W5=5ln⁡3−7ln⁡2W_5 = 5 \ln 3 - 7 \ln 2
  5. Calculer la somme S=W0+W1+⋯+W5S = W_0 + W_1 + \dots + W_5.

    Il y a 5−0+1=65 - 0 + 1 = 6 termes dans la somme. La formule de la somme d'une suite arithmétique est SN=N(W0+WN−1)2S_N = \frac{N(W_0 + W_{N-1})}{2}.
    Ici, N=6N=6, donc S=6(W0+W5)2S = \frac{6(W_0 + W_5)}{2}.

    S=3(W0+W5)S = 3(W_0 + W_5) S=3(3ln⁡2+(5ln⁡3−7ln⁡2))S = 3(3 \ln 2 + (5 \ln 3 - 7 \ln 2)) S=3(5ln⁡3−4ln⁡2)S = 3(5 \ln 3 - 4 \ln 2) S=15ln⁡3−12ln⁡2S = 15 \ln 3 - 12 \ln 2

    La somme est S=15ln⁡3−12ln⁡2\boxed{S = 15 \ln 3 - 12 \ln 2}.

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