Limite d'une suite de Héron


  • C

    Bonjour à tous,

    nouvel appel à la communauté par rapport à ce sujet :

    ENONCE

    PARTIE 1: Étude d'une fonction fff

    On considère la fonction définie sur ]0;+∞[]0;+∞[]0;+∞[ par f(x)=12(x+2x)f(x)=\frac{1}{2}(x+\frac{2}{x})f(x)=21​(x+x2​)

    1.a) Justifier que fff est dérivable sur ]0;+∞[]0;+∞[]0;+∞[
    1.b) Déterminer les variations de fff sur ]0;+∞[]0;+∞[]0;+∞[
    1.c) Démontrer que si x≥2x≥\sqrt2x≥2​ alors f(x)≥2f(x)≥\sqrt2f(x)≥2​
    .

    PARTIE 2: Étude de la suite (un)(u_n)(un​)

    On considère la suite (un)(u_n)(un​) définie pour tout entier naturel nnn par :
    u0=2u_0=2u0​=2
    un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n)un+1​=f(un​)

    2.a) Déterminer u1,u2,u3u_1,u_2,u_3u1​,u2​,u3​ à 0.1 près.
    2.b) Démontrer par récurrence que pour tout entier naturel nnn : 2≤un+1≤un\sqrt2≤ u_{n+1}≤u_n2​≤un+1​≤un​
    2.c) En déduire que (un)(u_n)(un​) est convergente.
    2.d) On note lll la limite de la suite uuu.
    Démontrer que lll est solution de l'équation l=12(l+2l)l=12(l+2l)l=12(l+2l)
    2.e) En déduire la valeur de lll
    2.f) Que faut-il changer à la définition de la suite (un)(u_n)(un​) pour qu'elle converge vers 3\sqrt33​
    .

    PARTIE 3: Rapidité de convergence

    3.a) Démontrer que pour tout entier naturel nnn , un+1−2=12un(un−2)2u_{n+1}−\sqrt2=\frac{1}{2u_n}(u_n−\sqrt2)^2un+1​−2​=2un​1​(un​−2​)2

    3.b) En déduire que pour tout entier naturel nnn on a un+1−2≤12(un−2)²u_{n+1}−\sqrt2≤\frac{1}{2}(u_n−\sqrt2)²un+1​−2​≤21​(un​−2​)².

    3.c) Démontrer par récurrence que pour tout entier n≥1n≥1n≥1 on a

    un−2≤(12)2n(u0−2)u_n−\sqrt2≤(\frac{1}{2})^{2n}(u_0−\sqrt2)un​−2​≤(21​)2n(u0​−2​)

    4.d) Quelle valeur de nnn faut-il choisir pour que unu_nun​ soit une valeur approchée de 2\sqrt22​ à 10−310^{-3}10−3 près.

    −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−---------------------------------−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

    Mon travail

    Partie 1 : aucun problème

    Partie2

    pas de souci pour la a). Mais pour la b) ça se complique à partie de l'étude de l'hérédité.

    Notre hypothèse de récurrence (HR) est : 2≤un+1≤un\sqrt2≤ u_{n+1}≤u_n2​≤un+1​≤un​ (pour tout entier naturel)
    Il nous faut donc démontrer que 2≤un+2≤un+1\sqrt2≤ u_{n+2}≤u_{n+1}2​≤un+2​≤un+1​

    D'après l'HR : 2≤un+1\sqrt2≤ u_{n+1}2​≤un+1​ ce qui implique 2≤f(un)\sqrt2≤ f(u_n) 2​≤f(un​) ce qui a été démontré dans la partie 1 et donc on aura 2≤f(un+1)\sqrt2≤ f(u_{n+1}) 2​≤f(un+1​) ce qui impliquera 2≤un+2\sqrt2≤ u_{n+2}2​≤un+2​

    Donc le membre de gauche de l'inégalité me semble démontré (pouvez vous me le confirmer ?). Par contre je suis bloqué depuis hier soir pour démontrer le membre de droite 😞 d'où mon appel à l'aide 😞

    Pourriez-vous me donner un petit indice afin de me débloquer et me permettre de tenter de terminer seul l'exercice svp ? Je vous en remercie par avance 🙂


  • C

    A l'instant où j'ai posté le message précédent j'ai eu une révélation .
    Comme la fonction fff est strictement croissante à partir de 2\sqrt22​ alors elle conserve l'ordre à partir de 2\sqrt22​. On applique donc la fonction fff à notre HR et on obtient :

    f(2)≤f(un+1)≤f(un)f(\sqrt2) \le f(u_{n+1})\le f(u_{n})f(2​)≤f(un+1​)≤f(un​)

    soit :

    2≤un+2≤un+1\sqrt2 \le u_{n+2}\le u_{n+1}2​≤un+2​≤un+1​

    Est ce que cela est bon ?


  • C

    Bon par contre, cette fois-ci je suis bel et bien bloqué sur la question 2d).
    Je serais donc tout à fait preneur d'un petit indice 🙂


  • C

    En attendant une éventuelle aide pour la 2d), j'ai fait la 2e) sans problème.
    Par contre pour la 2f) je ne sais trop comment rédiger ma réponse 😞

    Dans la question précédente, comme on a montré que si l=12(l+2l)l=\frac{1}{2}(l+\frac{2}{l})l=21​(l+l2​), alors la limite de (un)(u_n)(un​) était 2\sqrt22​.
    Afin que cette limite soit 3\sqrt33​ j'ai donc fait le calcul à rebours et on trouve l=12(l+3l)l=\frac{1}{2}(l+\frac{3}{l})l=21​(l+l3​)

    De cette manière, peut on conclure tout simplement que pour que (un)(u_n)(un​) converge vers 3\sqrt33​ il faut que f(x)=12(x+3x)f(x)=\frac{1}{2}(x+\frac{3}{x})f(x)=21​(x+x3​) ?


  • N
    Modérateurs

    @Chris21300 Bonjour,

    Pour la question 2d) , la limite lll doit être solution de l'équation :
    vérifie l'énoncé
    l=12(l+2l)l=\dfrac{1}{2}(l+\dfrac{2}{l})l=21​(l+l2​) ?
    La limite étant lll, on remplace un+1u_{n+1}un+1​ et unu_nun​ par lll.


  • C

    désolé @Noemi, effectivement dans la 2d) il fallait lire :

    Démontrer que lll est solution de l'équation l=12(l+2l)l=\frac{1}{2}(l+\frac{2}{l})l=21​(l+l2​).

    Merci pour ton aide j'ai pu terminer cette question 🙂


  • C

    Concernant la 2f) est ce que cette justification est acceptable ?

    Afin que (un)\left(u_n\right)(un​) converge vers 3\sqrt33​, il faudrait donc que :

    (l−3)(l+3)=0(l-\sqrt3)(l+\sqrt3)=0(l−3​)(l+3​)=0 soit l2−3=0l^2-3=0l2−3=0
    2l²=l²+32l²=l²+32l²=l²+3
    l=l²+32ll=\frac{l²+3}{2l}l=2ll²+3​
    l=l2+32ll=\frac{l}{2}+\frac{3}{2l}l=2l​+2l3​
    l=12(l+3l)l=\frac{1}{2}(l+\frac{3}{l})l=21​(l+l3​)

    Donc, pour que (un)\left(u_n\right)(un​) converge vers 3\sqrt33​, il faudrait que (un)\left(u_n\right)(un​) soit définie ∀ n ∈ N\forall\ n\ \in\ \mathbb{N}∀ n ∈ N par :

    u0=2u_0=2u0​=2
    un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n)un+1​=f(un​)

    avec f(x)=12(x+3x)f(x)=\frac{1}{2}(x+\frac{3}{x})f(x)=21​(x+x3​)

    Merci par avance pour votre (in)validation 🙂


  • C

    et concernant la 3b, est ce que cette justification passe ?

    Déduire de a) que un+1−2≤12(un−2)2u_{n+1}-\sqrt2\le \frac{1}{2}\left(u_n-\sqrt2\right)^2un+1​−2​≤21​(un​−2​)2 revient à déduire que :

    12un(un−2)²≤12(un−2)²\frac{1}{2u_n}(u_n-\sqrt2)²≤\frac{1}{2}(u_n-\sqrt2)²2un​1​(un​−2​)²≤21​(un​−2​)²

    On divise l’inégalité par le nombre positif (un−2)2\left(u_n-\sqrt2\right)^2(un​−2​)2 et on obtient :

    12un≤12\frac{1}{2u_n}\le\frac{1}{2}2un​1​≤21​

    On divise l’inégalité par le nombre positif 12\frac{1}{2}21​ et on obtient

    1un≤1\frac{1}{u_n}\le1un​1​≤1

    On applique la fonction inverse (strictement décroissante sur R)\mathbb{R})R) sur l’inégalité. On obtient :

    un≥1u_n\geq1un​≥1 ce qui est vrai puisqu’on a montré que (un)(u_n)(un​) était minorée par 1.

    Vraiment pas sûr que ça soit acceptable .. J'attends donc avec impatience votre avis 🙂

    Merci par avance 🙂


  • C

    et pour la 3c) là par contre on m'a complètement perdu 😞 😞 😞 😞


  • N
    Modérateurs

    @Chris21300

    L'ensemble est correct.

    pour la 3.c), c'est une démonstration par récurrence.
    Vérifie l'expression à démontrer.


  • C

    Ce message a été supprimé !

  • C

    Soit k ∈N ; k≥1k\ \in\mathbb{N}\ ;\ k\geq1k ∈N ; k≥1.

    Supposons P(n)P(n)P(n) vraie au rang kkk.
    Notre hypothèse de récurrence est donc : uk−2 ≤ (12)2k . (u0−2)u_k-\sqrt2\ \le\ (\frac{1}{2})^{2k}\ .\ (u_0-\sqrt2)uk​−2​ ≤ (21​)2k . (u0​−2​)

    Vérifions si P(n)P(n)P(n) est vraie au rang (k+1)(k+1)(k+1) donc vérifions si :

    uk+1−2 ≤ (12)2(k+1) . (u0−2)u_{k+1}-\sqrt2\ \le\ (\frac{1}{2})^{2(k+1)}\ .\ (u_0-\sqrt2)uk+1​−2​ ≤ (21​)2(k+1) . (u0​−2​)

    Ce qui revient à vérifier que 12uk(uk−2)²≤(12)2(k+1) . (u0−2)\frac{1}{2u_k}(u_k-\sqrt2)²≤(\frac{1}{2})^{2(k+1)}\ .\ (u_0-\sqrt2) 2uk​1​(uk​−2​)²≤(21​)2(k+1) . (u0​−2​)

    Par contre après ... je bloque 😞


  • N
    Modérateurs


  • C

    merci encore @Noemi,

    bon ça fait un petit moment que je regarde la correction que tu m'as apportée .. Que je comprends ...
    Par contre je n'arrive pas à transposer ça à mon exercice .. N'y aurait il pas une faute dans l'énoncé 3c ? En effet dans mon énoncé la fraction 12\frac{1}{2}21​ est à la puissance 2n2n2n alors que dans la correction que tu m'as envoyé cette fraction est juste à la puissance nnn .... ?


  • C

    Cet exercice m'aura vraiment donné de la peine ... On n'est plus tout jeune! 😞

    Je suis même arrêté par la dernière question 😞
    Pour y répondre il suffit juste de taper la formule dans un tableur et voir ce que ça donne en fonction de nnn ? Où doit on y parvenir par le calcul ?


  • N
    Modérateurs

    @Chris21300

    pour la question 3.c) à mon avis c'est une erreur dans l'énoncé.
    pour la dernière question, tu détermines nnn par un calcul l'expression doit être inférieure ou égale à 10−310^{-3}10−3


  • C

    Bonjour @Noemi et merci à nouveau pour ton temps ...(et désolé du délai de réponse mais reprise du travail oblige :))...

    Pour en revenir à cet exercice je n'arrive toujours pas à trouver comment faire la dernière question 😞
    Voici ce que j'ai fait mais qui m'amène vers le néant 😞 :

    Précédemment on a démontré que un−2≤ (12)n . (u0−2)u_n-\sqrt2\le\ (\frac{1}{2})^n\ .\ (u_0-\sqrt2)un​−2​≤ (21​)n . (u0​−2​) et donc que
    un≤ (12)n . (u0−2)+2u_n\le\ (\frac{1}{2})^n\ .\ (u_0-\sqrt2)+\sqrt2un​≤ (21​)n . (u0​−2​)+2​.

    Comme u0=2u_0=2u0​=2 on a donc démontré que un≤ (12)n . (2−2)+2u_n\le\ (\frac{1}{2})^n\ .\ (2-\sqrt2)+\sqrt2un​≤ (21​)n . (2−2​)+2​

    On souhaite maintenant trouver la valeur de nnn pour que un≈2u_n \approx\sqrt2un​≈2​ à 10−310^{-3} 10−3 près (soit 1,414≤un≤1,4151,414\le u_n\le 1,4151,414≤un​≤1,415).

    J'ai donc écrit l'inégalité suivante :

    1,414≤ (2−22n) +2≤1,4151,414\le\ (\frac{2-\sqrt 2}{2^n})\ +\sqrt2\le1,4151,414≤ (2n2−2​​) +2​≤1,415

    1,414−2≤ (2−22n)≤1,415−21,414-\sqrt2\le\ (\frac{2-\sqrt 2}{2^n})\le1,415-\sqrt21,414−2​≤ (2n2−2​​)≤1,415−2​

    En multipliant par le nombre positif 2n2^n2n on obtient :

    2n(1,414−2)≤ 2−2≤2n(1,415−2)2^n(1,414-\sqrt2)\le\ 2-\sqrt 2\le2^n(1,415-\sqrt2)2n(1,414−2​)≤ 2−2​≤2n(1,415−2​)

    Et là, souhaitant éliminer la puissance nnn je comptais passer par le logarithme népérien malheureusement impossible sur le membre de gauche puisque 1,414−21,414-\sqrt21,414−2​ est un nombre négatif.
    Bref, je ne vois pas la lumière ..

    Je ne serais donc pas totalement hostile à un énième petit coup de pouce 🙂


  • N
    Modérateurs

    @Chris21300
    A partir de : un−2≤ (12)n . (u0−2)u_n-\sqrt2\le\ (\dfrac{1}{2})^n\ .\ (u_0-\sqrt2)un​−2​≤ (21​)n . (u0​−2​)
    il reste à montrer que (12)n . (2−2)=10−3(\dfrac{1}{2})^n\ .\ (2-\sqrt2)= 10^{-3}(21​)n . (2−2​)=10−3
    soit
    (12)n=10−32−2(\dfrac{1}{2})^n = \dfrac{10^{-3}}{2-\sqrt2}(21​)n=2−2​10−3​

    Pour déterminer nnn, tu utilises la fonction logarithme.


  • C

    Merci @Noemi,

    mon dieu tant de temps passé à réfléchir sur une chose qui, une fois soufflée, était bien simple ...
    Grrr J'ai encore beaucoup de travail à faire 🙂

    Merci encore +++


Se connecter pour répondre