Limites et variations de suites : corrigés des exercices de maths en 1ère.

Exercice 1 : une étude de la monotonie d’une suite Un
La correction de l’exercice consiste à déterminer le signe de \(u_{n+1} – u_n\) pour chacune des suites données et à en déduire leur monotonie.

### 1) \(\{
\begin{array}{l}
u_0 = -4 \\
u_{n+1} = u_n – 3
\end{array}
.\)

Calculons \(u_{n+1} – u_n\) :
\[
u_{n+1} – u_n = (u_n – 3) – u_n = -3
\]

Le signe de \(u_{n+1} – u_n\) est donc toujours négatif (\(-3 < 0\)). La suite \((u_n)\) est donc strictement décroissante.

### 2) \(u_n = 4^n\)

Calculons \(u_{n+1} – u_n\) :
\[
u_{n+1} – u_n = 4^{n+1} – 4^n = 4 \cdot 4^n – 4^n = (4 – 1) \cdot 4^n = 3 \cdot 4^n
\]

Le terme \(3 \cdot 4^n\) est toujours positif pour tout \(n \in \mathbb{N}\). Le signe de \(u_{n+1} – u_n\) est donc positif (\(3 \cdot 4^n > 0\)). La suite \((u_n)\) est donc strictement croissante.

### 3) \(\{
\begin{array}{l}
u_0 = -2 \\
u_{n+1} = u_n – \frac{1}{n^2}
\end{array}
.\)

Calculons \(u_{n+1} – u_n\) :
\[
u_{n+1} – u_n = ( u_n – \frac{1}{n^2} ) – u_n = -\frac{1}{n^2}
\]

Le terme \(-\frac{1}{n^2}\) est toujours négatif pour tout \(n \geq\, 1\). Le signe de \(u_{n+1} – u_n\) est donc négatif (\(-\frac{1}{n^2} < 0\)). La suite \((u_n)\) est donc strictement décroissante à partir de \(n = 1\).

En conclusion :

1. La suite définie par \(u_{n+1} = u_n – 3\) est strictement décroissante.
2. La suite définie par \(u_n = 4^n\) est strictement croissante.
3. La suite définie par \(u_{n+1} = u_n – \frac{1}{n^2}\) est strictement décroissante à partir de \(n = 1\).

Exercice 2 : suite récurrente et monotonie
Pour la suite \( u_n \), on étudie la monotonie en déterminant le signe de \( u_{n+1} – u_n \).

1) \( u_n = n^2 + 2n \)

Calculons \( u_{n+1} \):
\[ u_{n+1} = (n+1)^2 + 2(n+1) \]
\[ u_{n+1} = n^2 + 2n + 1 + 2n + 2 \]
\[ u_{n+1} = n^2 + 4n + 3 \]

Maintenant, trouvons le signe de \( u_{n+1} – u_n \):
\[ u_{n+1} – u_n = (n^2 + 4n + 3) – (n^2 + 2n) \]
\[ u_{n+1} – u_n = 2n + 3 \]

Le signe de \( 2n + 3 \) est toujours positif pour tout entier naturel \( n \). Donc, la suite \( u_n \) est strictement croissante.

2) \( \begin{cases}
u_0 = 1 \\
u_{n+1} = ( u_n + \frac{1}{2} )^2
\end{cases} \)

Calculons \( u_{n+1} – u_n \):
\[ u_{n+1} = ( u_n + \frac{1}{2} )^2 \]
\[ u_{n+1} = u_n^2 + u_n + \frac{1}{4} \]

Maintenant trouvons le signe de \( u_{n+1} – u_n \):
\[ u_{n+1} – u_n = ( u_n^2 + u_n + \frac{1}{4} ) – u_n \]
\[ u_{n+1} – u_n = u_n^2 + \frac{1}{4} \]

Le signe de \( u_n^2 + \frac{1}{4} \) est toujours positif pour tout entier naturel \( n \). Donc, la suite \( u_n \) est strictement croissante.

3) \( \begin{cases}
u_0 = 0 \\
u_{n+1} = 3n + u_n
\end{cases} \)

Calculons \( u_{n+1} – u_n \):
\[ u_{n+1} = 3n + u_n \]
\[ u_{n+1} – u_n = 3n \]

Le signe de \( 3n \) est toujours positif pour tout entier naturel \( n \). Donc, la suite \( u_n \) est strictement croissante.

Exercice 3 : comparer le quotient de deux termes consécutifs
Correction :

1) \( v_n = \frac{2^n}{n} \) pour \( n \ge 1 \)

Comparons \( \frac{v_{n+1}}{v_n} \) à 1 :

\[
v_{n+1} = \frac{2^{n+1}}{n+1} = \frac{2 \cdot 2^n}{n+1}
\]

Alors,

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{ \frac{2 \cdot 2^n}{n+1} }{ \frac{2^n}{n} } = \frac{2 \cdot 2^n \cdot n}{2^n \cdot (n+1)} = \frac{2n}{n+1}
\]

Calculons \( \frac{2n}{n+1} \) :

\[
\frac{2n}{n+1} = 2 – \frac{2}{n+1}
\]

Quand \( n \) augmente, \( \frac{2}{n+1} \) diminue et se rapproche de 0, donc \( \frac{2n}{n+1} \) se rapproche de 2.

Comme \( \frac{2n}{n+1} > 1 \) pour tout \( n \ge 1 \), la suite \( (v_n) \) est strictement croissante.

2) \[
\{
\begin{array}{l}
v_0 = 3 \\
v_{n+1} = 3v_n^3 + v_n \\
\end{array}
.
\]

Comparons \( \frac{v_{n+1}}{v_n} \) à 1 :

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{3v_n^3 + v_n}{v_n} = 3v_n^2 + 1
\]

Pour \( n \ge 0 \), \( v_n \ge 0 \), donc \( 3v_n^2 + 1 \ge 1 \).

Ainsi, la suite \( (v_n) \) est croissante pour \( n \ge 0 \).

3) \[
\{
\begin{array}{l}
v_0 = 1 \\
v_{n+1} = \frac{1}{2} v_n \\
\end{array}
.
\]

Comparons \( \frac{v_{n+1}}{v_n} \) à 1 :

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{\frac{1}{2} v_n}{v_n} = \frac{1}{2}
\]

Comme \( \frac{1}{2} < 1 \), la suite \( (v_n) \) est strictement décroissante.

Exercice 4 : monotonie de suites et comparaison
1) \(\displaystyle v_n = \frac{5}{8^n}\)

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{\frac{5}{8^{n+1}}}{\frac{5}{8^n}} = \frac{5}{8^{n+1}} \cdot \frac{8^n}{5} = \frac{8^n}{8^{n+1}} = \frac{1}{8}
\]

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{1}{8} < 1
\]

La suite \((v_n)\) est donc strictement décroissante.

2) \(\displaystyle v_n = \frac{1}{2^n}\)

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{\frac{1}{2^{n+1}}}{\frac{1}{2^n}} = \frac{1}{2^{n+1}} \cdot \frac{2^n}{1} = \frac{2^n}{2^{n+1}} = \frac{1}{2}
\]

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{1}{2} < 1
\]

La suite \((v_n)\) est donc strictement décroissante.

3) \(\displaystyle v_n = 2n \cdot 4^{-n}\)

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{2(n+1) \cdot 4^{-(n+1)}}{2n \cdot 4^{-n}} = \frac{2(n+1) \cdot 4^{-n-1}}{2n \cdot 4^{-n}} = \frac{2(n+1)}{2n \cdot 4} = \frac{n+1}{4n}
\]

\[
\frac{v_{n+1}}{v_n} = \frac{n+1}{4n} < 1 \quad \text{pour} \quad n \geq\, 1
\]

La suite \((v_n)\) est donc strictement décroissante pour \(n \geq\, 1\).

Exercice 5 : fonction et monotonie d’une suite
La correction de l’exercice demandé est la suivante :

1) \( u_n = 4n – 7 \)

Soit \( f(x) = 4x – 7 \).

La fonction \( f(x) \) est une fonction affine dont le coefficient directeur est 4. Comme 4 est positif, \( f(x) \) est strictement croissante sur \([a; +\infty[\).

Donc, la suite \((u_n)\) est strictement croissante.

2) \( u_n = \sqrt{n} \)

Soit \( f(x) = \sqrt{x} \).

La dérivée de \( f(x) \) est \( f'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x}} \). Comme \( x \) est toujours positif à partir de \(a > 0\), \( f'(x) \) est positif sur \([a; +\infty[\), donc \( f(x) \) est strictement croissante sur cet intervalle.

Donc, la suite \((u_n)\) est strictement croissante.

3) \( u_n = n^2 – 4n + 5 \)

Soit \( f(x) = x^2 – 4x + 5 \).

La dérivée de \( f(x) \) est \( f'(x) = 2x – 4 \). Résolvons \( 2x – 4 = 0 \) pour trouver l’éventuel point critique : \( x = 2 \).

Pour \( x > 2 \), \( f'(x) = 2x – 4 \) est positif, donc \( f(x) \) est strictement croissante.

Pour \( x < 2 \), \( f'(x) = 2x – 4 \) est négatif, donc \( f(x) \) est strictement décroissante.

Ainsi, la fonction \( f(x) \) décroît sur \([a, 2]\) et croît sur \([2, +\infty[\).

Donc, la suite \((u_n)\) est décroissante pour \( n \le 2 \) et croissante pour \( n \ge 3 \).

4) \( u_n = \frac{1}{4n} \)

Soit \( f(x) = \frac{1}{4x} \).

La dérivée de \( f(x) \) est \( f'(x) = -\frac{1}{4x^2} \). Comme \( x > 0 \) sur \([a; +\infty[\), \( f'(x) \) est toujours négatif et donc \( f(x) \) est strictement décroissante sur cet intervalle.

Donc la suite \((u_n)\) est strictement décroissante.

Exercice 6 : etudier la monotonie de suites

1) \( u_n = n^2 – 13n + 36 \)

Définissons la fonction \( f : \mathbb{R} \to \mathbb{R} \) par \( f(x) = x^2 – 13x + 36 \).

La dérivée de \( f \) est :
\[ f'(x) = 2x – 13 \]

Étudions le signe de \( f'(x) \) :
– \( f'(x) > 0 \) lorsque \( 2x – 13 > 0 \), soit \( x > \frac{13}{2} \).
– \( f'(x) < 0 \) lorsque \( 2x – 13 < 0 \), soit \( x < \frac{13}{2} \).

Ainsi, la fonction \( f \) est décroissante sur \( ]-\infty, \frac{13}{2}[ \) et croissante sur \( ]\frac{13}{2}, +\infty[ \).

La suite \((u_n)\) est donc décroissante pour \( n < 7 \) et croissante pour \( n > 7 \).

2) \( u_n = \frac{n + 2}{3n + 2} \)

Définissons la fonction \( g : \mathbb{R} \to \mathbb{R} \) par \( g(x) = \frac{x + 2}{3x + 2} \).

La dérivée de \( g \) est :
\[ g'(x) = \frac{(3x + 2) – (x + 2) \cdot 3}{(3x + 2)^2} = \frac{3x + 2 – 3x – 6}{(3x + 2)^2} = \frac{-4}{(3x + 2)^2} \]

Étudions le signe de \( g'(x) \) :
– \( g'(x) < 0 \) pour tout \( x \in \mathbb{R} \) car le numérateur est négatif et le dénominateur est toujours positif.

Ainsi, la fonction \( g \) est strictement décroissante sur \( \mathbb{R} \).

La suite \((u_n)\) est donc strictement décroissante.

Exercice 7 : démontrer que la suite n’est pas monotone
Pour démontrer que les suites définies ci-dessus ne sont pas monotones :

1) \( u_n = 3n^2 – 3^n \)

Pour \( n = 1 \), \( u_1 = 3 \cdot 1^2 – 3^1 = 3 – 3 = 0 \).

Pour \( n = 2 \), \( u_2 = 3 \cdot 2^2 – 3^2 = 3 \cdot 4 – 9 = 12 – 9 = 3 \).

Pour \( n = 3 \), \( u_3 = 3 \cdot 3^2 – 3^3 = 3 \cdot 9 – 27 = 27 – 27 = 0 \).

Nous observons que \( u_1 = 0 \), \( u_2 = 3 \), et \( u_3 = 0 \). Ainsi, la suite n’est pas monotone puisqu’elle n’est ni strictement croissante, ni strictement décroissante.

2) \( \begin{cases}
u_0 = 1 \\
u_{n+1} = (u_n – 1)^2
\end{cases} \)

Pour \( n = 0 \), \( u_0 = 1 \).

Pour \( n = 1 \), \( u_1 = (u_0 – 1)^2 = (1 – 1)^2 = 0 \).

Pour \( n = 2 \), \( u_2 = (u_1 – 1)^2 = (0 – 1)^2 = 1 \).

Pour \( n = 3 \), \( u_3 = (u_2 – 1)^2 = (1 – 1)^2 = 0 \).

Nous observons que \( u_0 = 1 \), \( u_1 = 0 \), \( u_2 = 1 \), et \( u_3 = 0 \). La suite alterne entre 1 et 0, et n’est donc pas monotone.

3) \( u_n = ( -\frac{1}{2} )^n \)

Pour \( n = 0 \), \( u_0 = ( -\frac{1}{2} )^0 = 1 \).

Pour \( n = 1 \), \( u_1 = ( -\frac{1}{2} )^1 = -\frac{1}{2} \).

Pour \( n = 2 \), \( u_2 = ( -\frac{1}{2} )^2 = \frac{1}{4} \).

Pour \( n = 3 \), \( u_3 = ( -\frac{1}{2} )^3 = -\frac{1}{8} \).

Nous observons que \( u_0 = 1 \), \( u_1 = -\frac{1}{2} \), \( u_2 = \frac{1}{4} \), et \( u_3 = -\frac{1}{8} \). La suite alterne en signe et n’est donc pas monotone.

Exercice 8 : déterminer le sens de variation de la suite
\paragraph{Correction de l’exercice}

{Premier groupe d’exercices : déterminer le sens de variation de la suite \((u_n)\) par trois méthodes différentes}

\subsection*{1) \(u_n = \sqrt{n} + 2\)}
1. \[\]Comparaison de \(u_{n+1}\) et \(u_n\) :\[\]
\[
u_{n+1} = \sqrt{n+1} + 2
\]
Observons que :
\[
u_{n+1} – u_n = (\sqrt{n+1} + 2) – (\sqrt{n} + 2) = \sqrt{n+1} – \sqrt{n}
\]
Or, pour \(n \in \mathbb{N}\), \(\sqrt{n+1} > \sqrt{n}\), donc \(\sqrt{n+1} – \sqrt{n} > 0\).
Donc, \(u_n\) est strictement croissante.

2. \[\]Étude du signe de la dérivée :\[\]
\[
f(x) = \sqrt{x} + 2 \implies f'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x}} > 0 \quad \text{pour}\; x \in \mathbb{N}
\]
Donc, \(u_n\) est strictement croissante.

3. \[\]Méthode de la récurrence :\[\]
\[
u_n = \sqrt{n} + 2
\]
Montrons que \(u_{n+1} > u_n\) :
\[
\sqrt{n+1} + 2 > \sqrt{n} + 2 \iff \sqrt{n+1} > \sqrt{n}
\]
Ce qui est vérifié car \(\sqrt{n+1} > \sqrt{n}\) pour tout \(n \in \mathbb{N}\).
Donc, \(u_n\) est strictement croissante.

\subsection*{2) \(u_n = \frac{1}{n+1}\)}
1. \[\]Comparaison de \(u_{n+1}\) et \(u_n\) :\[\]
\[
u_{n+1} = \frac{1}{(n+1)+1} = \frac{1}{n+2}
\]
Observons que :
\[
u_{n+1} – u_n = \frac{1}{n+2} – \frac{1}{n+1} = \frac{(n+1) – (n+2)}{(n+2)(n+1)} = \frac{-1}{(n+2)(n+1)} < 0
\]
Donc, \(u_n\) est strictement décroissante.

2. \[\]Étude du signe de la dérivée :\[\]
\[
f(x) = \frac{1}{x+1} \implies f'(x) = -\frac{1}{(x+1)^2} < 0 \quad \text{pour}\; x \in \mathbb{N}
\]
Donc, \(u_n\) est strictement décroissante.

3. \[\]Méthode de la récurrence :\[\]
\[
u_n = \frac{1}{n+1}
\]
Montrons que \(u_{n+1} < u_n\) :
\[
\frac{1}{n+2} < \frac{1}{n+1} \iff (n+1) < (n+2)
\]
Ce qui est vérifié pour tout \(n \in \mathbb{N}\).
Donc, \(u_n\) est strictement décroissante.

\subsection*{3) \(u_n = 3n^2 + n\)}
1. \[\]Comparaison de \(u_{n+1}\) et \(u_n\) :\[\]
\[
u_{n+1} = 3(n+1)^2 + (n+1) = 3(n^2 + 2n + 1) + n + 1 = 3n^2 + 6n + 3 + n + 1 = 3n^2 + 7n + 4
\]
Observons que :
\[
u_{n+1} – u_n = (3n^2 + 7n + 4) – (3n^2 + n) = 6n + 4 > 0 \quad \text{pour tout}\; n \in \mathbb{N}
\]
Donc, \(u_n\) est strictement croissante.

2. \[\]Étude du signe de la dérivée :\[\]
\[
f(x) = 3x^2 + x \implies f'(x) = 6x + 1
\]
Pour \(x \in \mathbb{N}\), \(6x + 1 > 0\), donc \(f'(x) > 0\).
Donc, \(u_n\) est strictement croissante.

3. \[\]Méthode de la récurrence :\[\]
\[
u_n = 3n^2 + n
\]
Montrons que \(u_{n+1} > u_n\) :
\[
3(n+1)^2 + (n+1) > 3n^2 + n
\]
\[
3n^2 + 6n + 3 + n + 1 > 3n^2 + n
\]
Ce qui est vérifié pour tout \(n \in \mathbb{N}\).
Donc, \(u_n\) est strictement croissante.

{Deuxième groupe d’exercices : étudier la monotonie de la suite \(u\)}

\subsection*{1) \(u_n = 3n^2\)}
Pour tout \(n \in \mathbb{N}\),
\[ u_{n+1} = 3(n+1)^2 = 3(n^2 + 2n + 1) = 3n^2 + 6n + 3 \]

Observons que :
\[ u_{n+1} – u_n = 3n^2 + 6n + 3 – 3n^2 = 6n + 3 > 0 \quad \text{pour tout}\; n \in \mathbb{N} \]

Donc, \(u_n\) est strictement croissante.

\subsection*{2) \(u_n = \frac{2n + 5}{n + 1}\)}
Pour tout \(n \in \mathbb{N}\), calculons \(u_{n+1}\) :
\[ u_{n+1} = \frac{2(n+1) + 5}{(n+1) + 1} = \frac{2n + 2 + 5}{n + 2} = \frac{2n + 7}{n + 2} \]

Comparons \(u_{n+1}\) et \(u_n\) :
\[
u_{n+1} – u_n = \frac{2n + 7}{n + 2} – \frac{2n + 5}{n + 1}
\]
\[
= \frac{(2n + 7)(n + 1) – (2n + 5)(n + 2)}{(n + 2)(n + 1)}
\]
\[
= \frac{2n^2 + 2n + 7n + 7 – (2n^2 + 4n + 5n + 10)}{(n + 2)(n + 1)}
\]
\[
= \frac{2n^2 + 9n + 7 – 2n^2 – 9n – 10}{(n + 2)(n + 1)}
\]
\[
= \frac{-3}{(n + 2)(n + 1)} < 0 \quad \text{pour tout}\; n \in \mathbb{N}
\]

Donc, \(u_n\) est strictement décroissante.

\subsection*{3) \(u_n = \sqrt{n + 1}\)}
Pour tout \(n \in \mathbb{N}\), calculons \(u_{n+1}\) :
\[
u_{n+1} = \sqrt{n + 1 + 1} = \sqrt{n + 2}
\]

Comparons \(u_{n+1}\) et \(u_n\) :
\[
u_{n+1} – u_n = \sqrt{n + 2} – \sqrt{n + 1}
\]
Pour \(n \in \mathbb{N}\), \(\sqrt{n + 2} > \sqrt{n + 1}\), donc \(\sqrt{n+2} – \sqrt{n+1

Exercice 9 : etudier la monotonie de ces suites en choisissant la méthode adaptée
### Correction des exercices en utilisant LaTeX

#### Exercice 1

1) \[\]Étude de la monotonie de \( u_n = n – n^2 \)\[\] :

La suite \( (u_n) \) est définie par \( u_n = n – n^2 \).

Étudions la variation de la suite \( (u_n) \) en calculant la différence \( u_{n+1} – u_n \) :

\[
u_{n+1} = (n+1) – (n+1)^2 = n + 1 – n^2 – 2n – 1 = -n^2 – n
\]

La différence est donc :

\[
u_{n+1} – u_n = (-n^2 – n) – (n – n^2) = -n – n = -2n
\]

Pour \( n \geq\, 0 \), \( -2n \leq\, 0 \). La suite \( (u_n) \) est donc strictement décroissante.

2) \[\]Étude de la monotonie de \( u_n = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \dots + \frac{1}{n} \)\[\] :

La suite \( (u_n) \) est définie par :

\[
u_n = \sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k}
\]

Pour \( n \in \mathbb{N}^* \) et \( k \geq\, 1 \), chaque terme \( \frac{1}{k} > 0 \). La suite \( (u_n) \) est donc strictement croissante.

3) \[\]Étude de la monotonie de \( u_n = 3n (\frac{1}{3})^n \)\[\] :

La suite \( (u_n) \) est définie par :

\[
u_n = 3n ( \frac{1}{3} )^n = 3n \cdot 3^{-n} = n \cdot 3^{1-n}
\]

La différence est :

\[
u_{n+1} = 3(n+1) ( \frac{1}{3} )^{n+1} = 3(n+1) \cdot 3^{-(n+1)} = (n+1) \cdot 3^{-n}
\]

\[
u_{n+1} – u_n = (n+1) \cdot 3^{-n} – n \cdot 3^{1-n} = (n+1) \cdot 3^{-n} – n \cdot 3^{-n} = 3^{-n}
\]

Pour \( n \geq\, 0 \), \( 3^{-n} > 0 \), donc \( u_{n+1} – u_n > 0 \). La suite \( (u_n) \) est strictement croissante.

#### Exercice 2

1) \[\]Étude de la monotonie de la suite définie par \( \lbrace \begin{array}{l} u_0 = 1 \\ u_{n+1} = (u_n + 1)^2 \end{array} . \)\[\] :

Calculons les premiers termes :

\[
u_1 = (u_0 + 1)^2 = (1+1)^2 = 4
\]
\[
u_2 = (u_1 + 1)^2 = (4+1)^2 = 25
\]

En général, si \( u_n > 1 \), alors \( u_{n+1} = (u_n + 1)^2 > u_n \) car \( (u_n + 1)^2 – u_n = u_n^2 + 2u_n + 1 > 0 \).

D’où, la suite \( (u_n) \) est strictement croissante pour \( n \geq\, 0 \).

2) \[\]Étude de la monotonie de la suite définie par \( \lbrace \begin{array}{l} u_0 = 3 \\ u_{n+1} = \frac{u_n}{n+2} \end{array} . \)\[\] :

Calculons les premiers termes :

\[
u_1 = \frac{u_0}{1+2} = \frac{3}{3} = 1
\]
\[
u_2 = \frac{u_1}{2+2} = \frac{1}{4} = 0.25
\]

Étudions la variation de la suite par la position des termes :

\[
u_{n+1} = \frac{u_n}{n+2}
\]

Pour \( u_n > 0 \) et \( n \geq\, 0 \), \( u_{n+1} < u_n \) car \( \frac{1}{n+2} < 1 \). La suite \( (u_n) \) est strictement décroissante pour \( n \geq\, 0 \).

3) \[\]Étude de la monotonie de \( u_n = \frac{2^{2n+2}}{3^n} \)\[\] :

La suite \( (u_n) \) est définie par :

\[
u_n = \frac{2^{2n+2}}{3^n} = \frac{4 \cdot 4^n}{3^n} = 4 \cdot ( \frac{4}{3} )^n
\]

Pour \( n \geq\, 0 \), le terme \( ( \frac{4}{3} )^n \) est croissant car \( \frac{4}{3} > 1 \). La suite \( (u_n) \) est donc strictement croissante pour \( n \geq\, 0 \).

Exercice 10 : monotonie de différentes suites
Étudions la monotonie de chacune des suites `u_n` données.

1) \( u_n = \frac{\sqrt{n}}{2^n} \)

Prenons la suite des rapports :

\[ v_n = \frac{u_{n+1}}{u_n} = \frac{\frac{\sqrt{n+1}}{2^{n+1}}}{\frac{\sqrt{n}}{2^n}} = \frac{\sqrt{n+1}}{\sqrt{n}} \cdot \frac{1}{2} \]

\[ v_n = \frac{\sqrt{n+1}}{2\sqrt{n}} \]

Comme \(\sqrt{n+1} < 2\sqrt{n}\) pour tout \(n \geq\, 1\), alors \(v_n < 1\).

Donc, \( u_n \) est une suite décroissante.

2) \( u_{n+1} = \frac{u_n}{1 + u_n^2} \) avec \( u_0 = 4 \)

Prendre la différence entre deux termes consécutifs :

\[ u_{n+1} < u_n \]

Car

\[ \frac{u_n}{1 + u_n^2} < u_n \]

\[ \frac{u_n}{1 + u_n^2} \cdot (1 + u_n^2) = u_n < u_n(1 + u_n^2) \]

Ainsi, \( u_n \) est aussi une suite décroissante.

3) \( u_n = \frac{1}{n+1} – \frac{1}{n} \)

Simplifions :

\[ u_n = \frac{1 – (n+1)}{n(n+1)} = \frac{1 – n – 1}{n(n+1)} = -\frac{n}{n(n+1)} = -\frac{1}{n+1} \]

Examinons la différence :

\[ u_{n+1} = -\frac{1}{n+2} \]

On observe que \( u_{n+1} \) est une suite croissante car \( -\frac{1}{n+2} > -\frac{1}{n+1} \).

Enfin, considérons la dernière suite :

Soit la suite \((u_n)\) définie pour tout \( n \in \mathbb{N}^* \) par

\[ u_n = 1 \times 2 \times \cdots \times n \]

Étudions la monotonie de la suite \( (u_n) \).

Remarque : \( u_n = n! \) et on appelle ce nombre « factorielle \( n \) ».

Pour \( n \geq\, 1 \),

\[ u_{n+1} = (n+1)u_n \]

Comme

\[ n+1 > 1 \implies u_{n+1} > u_n \]

on en déduit que \( (u_n) \) est une suite strictement croissante.

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