Récurrence exponentielle et factorielle


  • L

    Bonjour,

    J'ai quelques difficultés pour un DM et je sollicite votre aide, s'il vous plaît.
    Voici les données de l'énoncé :

    fn(x)=ex−∑k=0nxkk!f_{n}(x)=e^{x}-\sum_{k=0}^{n}{\frac{x^{k}}{k!}}fn(x)=exk=0nk!xk pour x≥0etnϵnx\geq 0 et n\epsilon nx0etnϵn

    Et je dois montrer que :
    fn(x)≤xn+1(n+1)!exf_{n}(x)\leq \frac{x^{n+1}}{(n+1)!}e^{x}fn(x)(n+1)!xn+1ex pour x≥0etnϵnx\geq 0 et n\epsilon nx0etnϵn

    Je pense qu'il faut faire une récurrence mais je n'arrive pas à montrer la phase d'initialisation pour n=0.
    J'arrive uniquement à montrer que
    f0(x)≤xexf_{0}(x)\leq xe^{x}f0(x)xex pour x≥1x\geq 1x1 (au lieu de x≥0x\geq 0x0)

    f0(x)=ex−1f_{0}(x)=e^{x}-1f0(x)=ex1
    ex−1≤exe^{x}-1\leq e^{x}ex1ex
    et on a pour x≥1x\geq 1x1 : ex≤xexe^{x}\leq xe^{x}exxex

    Et ensuite, je n'arrive à démontrer que
    fn+1(x)≤xn+2(n+2)!exf_{n+1}(x)\leq \frac{x^{n+2}}{(n+2)!}e^{x}fn+1(x)(n+2)!xn+2ex
    en sachant que j'ai supposé qu'il existe un n tel que
    fn(x)≤xn+1(n+1)!exf_{n}(x)\leq \frac{x^{n+1}}{(n+1)!}e^{x}fn(x)(n+1)!xn+1ex

    Pourriez-vous m'aider à avancer un peu s'il vous plaît, en indiquant des pistes de recherche ?
    merci d'avance à vous
    Lulu


  • L

    Voici mon exercice plus en détail :
    1° Démontrer que pour tout n≥1n\geq1n1 et pour tout x≥0x\geq0x0 , on a :
    f′<em>n(x)=f</em>n−1(x)f'<em>{n}(x)=f</em>{n-1}(x)f<em>n(x)=f</em>n1(x)
    J'ai pu faire cette question en dérivant la somme et en la réécrivant.

    2° En déduire que pour tout n∈nn \in nnn et pour tout x≥0x\geq0x0 , on a :
    fn(x)≥0f_{n}(x)\geq0fn(x)0
    J'ai réussi cette question, raisonnement par récurrence. J'ai utilisé le sens de variation de la fonction et son minimum.

    3° Démontrer que pour tout n∈nn \in nnn et pour tout x≥0x\geq0x0 , on a :
    fn(x)≤xn+1(n+1)!×exf_{n}(x)\leq \frac{x^{n+1}}{(n+1)!}\times e^{x}fn(x)(n+1)!xn+1×ex

    C'est pour cette question que j'ai des difficultés.
    Pour le 1° rang, j'ai mené un raisonnement qui m'amène à :
    f0(x)≤xexf_{0}(x)\leq xe^{x}f0(x)xex mais pour x≥1x\geq1x1 (non pas x≥0x\geq0x0 comme il le faudrait)

    Et pour la démonstration de la proposition au rang n, voici ce que j'ai fait :
    je suppose vrai au rang n-1, c'est à dire :
    fn−1(x)≤xnn!exf_{n-1}(x)\leq \frac{x^{n}}{n!}e^{x}fn1(x)n!xnex
    ex−∑k=0n−1xkn!≤xnn!exe^{x}-\sum_{k=0}^{n-1}{\frac{x^{k}}{n!}}\leq \frac{x^{n}}{n!}e^{x}exk=0n1n!xkn!xnex
    ex−∑k=0n−1xkk!−xnn!≤xnn!ex−xnn!e^{x}-\sum_{k=0}^{n-1}{\frac{x^{k}}{k!}}-\frac{x^{n}}{n!}\leq \frac{x^{n}}{n!}e^{x}-\frac{x^{n}}{n!}exk=0n1k!xkn!xnn!xnexn!xn
    fn(x)≤xnn!(ex−1)≤xnn!exf_{n}(x) \leq \frac{x^{n}}{n!}(e^{x}-1)\leq \frac{x^{n}}{n!}e^{x}fn(x)n!xn(ex1)n!xnex
    et arriver là, je n'arrive pas à passer à
    fn(x)≤xnn!(ex−1)≤xnn!ex≤xn+1(n+1)!exf_{n}(x) \leq \frac{x^{n}}{n!}(e^{x}-1)\leq \frac{x^{n}}{n!}e^{x}\leq \frac{x^{n+1}}{(n+1)!}e^{x} {\color{red} }fn(x)n!xn(ex1)n!xnex(n+1)!xn+1ex
    Il faudrait que xn+1\frac{x}{n+1}n+1x soit supérieur à 1 mais on sait pas le dire

    Pourriez-vous me guider un peu dans cette récurrence, s'il vous plaît ?
    Merci
    lulu


  • mtschoon

    Bonsoir,

    Je regarde un peu tes calculs

    Pour l'initialisation

    f0(x)=ex−1f_0(x)=e^x-1f0(x)=ex1

    Il faut prouver que ex−1≤xexe^x-1 \le xe^xex1xex pour x≥0x \ge 0x0

    Une piste possible :

    Tu poses g(x)=ex−1−xexg(x)=e^x-1-xe^xg(x)=ex1xex

    Tu calcules g'(x) et tu en déduis les variations de g sur [0,+∞[

    Tu dois en déduire que g(x)≤0g(x) \le 0g(x)0 d'où la réponse souhaitée.

    Pour l'hérédité

    Ce sera un peu plus "lourd", mais je pense (sans avoir vérifié) que tu peux terminer la résolution avec la même méthode.


  • L

    Merci beaucoup.

    Pour l'initialisation, c'est exactement comme vous le dites.

    Et pour l'hérédité, cette méthode marche aussi.
    J'ai une fonction à étudier, et j'obtiens bien ce que je souhaite pour l'inégalité à montrer.

    Vraiment merci beaucoup pour votre aide.
    Bonne soirée.
    Bien cordialement
    Lulu


  • mtschoon

    De rien .

    Bonne nuit !


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