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Suites liées par une relation de récurrence

Suite auxiliaire géométrique

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Suites liées par une récurrence double (réf 0636)
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Suites liées (réf 0637)
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Exercice | Temps recommandé entre 10 et 20mn | Niveau 3 difficulté supérieure | exercices complémentaires et devoirs d’entraînement |
On considère les suites de points $A_{n}$ et $B_{n}$ définies pour tout entier naturel $n$ de la manière suivante: sur un axe orienté $\left(O~;~\overrightarrow{u}\right)$, le point $A_{0}$ a pour abscisse $0$ et le point $B_{0}$ a pour abscisse 12.
Le point $A_{n+1}$ est tel que $2\overrightarrow{A_{n+1}A_{n}}+\overrightarrow{A_{n+1}B_n}=\overrightarrow{0}$ et $B_{n+1}$ est défini par la relation vectorielle $\overrightarrow{B_{n+1}A_n}+3\overrightarrow{B_{n+1}B_{n}}=\overrightarrow{0}$.
  1. Calculer $a_1$ et $b_1$.
    Aide

    On a $\overrightarrow{AB}(x_b-x_A)$
    $A_0$ a pour abscisse $a_0=0$ et $b_0$ a pour abscisse $b_0$

    Solution

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  2. Montrer que pour tout entier naturel $n$, on a $a_{n+1}=\dfrac{2a_{n}+b_{n}}{3}$ et que $b_{n+1}=\dfrac{a_{n}+3b_{n}}{4}$.
    Aide

    On utilise les relations vectorielles données.
    $A_{n}$ a pour abscisse $a_n$, $A_{n+1}$ a pour abscisse $a_{n+1}$, $B_n$ a pour abscisse $b_n$ et $B_{n+1}$ a pour abscisse $b_{n+1}$

    Solution

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  3. On considère la suite $(u_{n})$ définie, pour tout entier naturel $n$, par $u_{n}=b_{n}-a_{n}$.
    1. Montrer que la suite $(u_{n})$ est géométrique. En préciser la raison.
      Rappel cours

      Suite géométrique
      Une suite $(u_n)$ est géométrique s'il existe un réel $q$ tel que pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1}=u_n\times q$
      $q$ est la raison de la suite.
      Le quotient de deux termes consécutifs est égal à la raison soit $\dfrac{u_{n+1}}{u_n}=q$

      Aide

      On utilise $u_{n+1}=b_{n+1}-a_{n+1}$ et on veut obtenir $u_{n+1}=k(b_n-a_n)=ku_n$

      Solution

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    2. Donner l'expression de $u_{n}$ en fonction de l'entier naturel $n$.
      Rappel cours

      Forme explicite d'une suite géométrique
      Si $(u_n)$ est géométrique de raison $q$ est premier terme $u_0$, on a:
      $u_n=u_0\times q^n$
      et pour tous entiers $n$ et $p$, $u_n=u_p\times q^{n-p}$

      Solution

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    3. Hors programme de première.
      Déterminer la limite de $(u_{n})$.
      Interpréter géométriquement ce résultat.
      Aide

      Une suite géométrique dont la raison est comprise entre $-1$ et 1 admet une limite nulle quand $n\longrightarrow +infty$

      Solution

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  4. Démontrer que la suite $(a_{n})$ est croissante (on pourra utiliser le signe de $u_{n}$).
    Aide

    Il faut étudier le signe de $a_{n+1}-a_n$
    On a $u_n >0$ pour tout entier naturel $n$

    Solution

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  5. Étudier les variations de la suite $(b_{n})$.
    Rappel cours

    Étude des variations(différence de deux termes consécutifs)
    Pour étudier les variations de $(u_n)$, il faut comparer $u_{n+1}$ et $u_n$.
    Exprimer $u_{n+1}-u_n$ en fonction de $n$
    Étudier le signe de l'expression obtenue
    Si $u_{n+1}-u_n >0 $ alors$u_{n+1} >u_n$ et donc la suite $(u_n)$ est croissante.
    Si $u_{n+1}-u_n <0 $ alors$u_{n+1} < u_n$ et donc la suite $(u_n)$ est décroissante.

    Aide

    On peut de même étudier le signe de $b_{n+1}-b_{n}$

    Solution

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  6. On considère la suite $(v_{n})$ définie, pour tout entier naturel $n$, par $v_{n}=3a_{n}+4b_{n}$.
    Montrer que la suite $\left(v_{n}\right)$ est constante.
    Aide

    On veut montrer que pour tout entier naturel $n$ on a $v_{n+1}=v_n$ ou bien que $v_{n+1}-v_n=0$

    Solution

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  7. Déterminer la limite des suites $(a_{n})$ et $(b_{n})$.
    On pourra exprimer $a_n$ et $b_n$ en fonction de $u_n$ et $v_n$.
    Aide

    On peut utiliser les égalités $u_n=b_n-a_n$ et $v_n=3a_n+4b_n$
    donc $b_n=u_n+a_n$ et en ramplaçant $b_n$ dans la seconde égalité on peut exprimer $a_n$ en fonction de $u_n$ et $v_n$

    Solution

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