Utiliser une suite géométrique pour calculer une somme (réf 0920)

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Contenu

Reconnaître une suite géométrique

Somme des termes d’une suite géométrique

Exercice | temps recommandé inférieur à 5mn | Niveau 1 application directe du cours | séquence 1 du chapitre |
En utilisant une suite géométrique judicieusement choisie, calculer les sommes suivantes:
Penser à contrôler les résultats avec le menu RECUR de la calculatrice (fiche méthode calculatrice et suites)
  1. Calculer $1+3+9+27+.......+6561$
    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 $\dfrac{u_{n+1}}{u_n}=q$
    Somme des termes d'une suite géométrique
    La somme $S$ des termes consécutifs d'une suite géométrique de raison $q\neq 1$ est donnée par:
    $S=u_0 \dfrac{1-q^{n+1}}{1-q}$
    Mémo: $S=$premier terme $ \dfrac{1-q^{\text{nombre de termes}}}{1-q}$

    Aide

    Identifier la suite correspondant à cette somme
    Déterminer avec la calculatrice la valeur de $n$ pour laquelle $u_n=6561$

    Solution

    Soit $(u_{n})$la suite géométrique de premier terme $u_0=1$ et raison $q=3$
    On a alors $u_n=u_0\times q^n=3^n$
    et $u_1=3$, $u_2=9$,.....

    Recherche de l'indice $n$ tel que $u_n=6561$
    $u_n=3^n=6561$
    Avec le Menu TABLE de la calculatrice en saisissant la fonction Y1=$3^x$ et en paramètrant X-START:0, X-END:50 par exemple et PITCH:1, on obtient:
    $u_8=6561$
    donc il y a $9$ termes dans cette somme.
    $1+3+9+27+....+6561=u_0+u_1+u_2+........+u_{8}$
    Il y a $8+1=9$ termes dans cette somme donc on a:
    $u_0+u_1+u_2+........+u_{8}$
    $=u_0\times \dfrac{1-q^{9}}{1-q}$
    $=1\times \dfrac{1-3^{9}}{1-3}$
    $= \dfrac{1-3^{9}}{-2}$
    $=9841$

  2. Calculer $1+\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{4}+\dfrac{1}{8}+......+\dfrac{1}{2048}$
    Aide

    Identifier la suite correspondant à cette somme
    Déterminer avec la calculatrice la valeur de $n$ pour laquelle $u_n=\dfrac{1}{2048}$

    Solution

    Soit $(u_{n})$la suite géométrique de premier terme $u_0=1$ et raison $q=\dfrac{1}{2}$
    On a alors $u_n=u_0\times q^n=(\dfrac{1}{2})^n=\dfrac{1}{2^n}$
    et $u_1=\dfrac{1}{2}$, $u_2=\dfrac{1}{4}$,.....

    Recherche de l'indice $n$ tel que $u_n=\dfrac{1}{2048}$
    $u_n=3^n=\dfrac{1}{2048}$
    En utilisant la calculatrice on obtient $2^{11}=2048$
    soit $u_{11}=\dfrac{1}{2048}$
    $1+\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{4}+\dfrac{1}{8}+......+\dfrac{1}{2048}=u_0+u_1+u_2+........+u_{11}$
    Il y a $11+1=12$ termes dans cette somme donc on a:
    $u_0+u_1+u_2+........+u_{11}$
    $=u_0\times \dfrac{1-q^{12}}{1-q}$
    $=1\times \dfrac{1-(\dfrac{1}{2})^{12}}{1-\dfrac{1}{2}}$
    $=1\times \dfrac{1-\dfrac{1}{2^{12}}}{\dfrac{1}{2}}$
    $=2(1-\dfrac{1}{2^{12}})$
    $=2-\dfrac{1}{2^{11}}$
    $\simeq 1,9995$