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BAC Spé Maths 2021 — Métropole J1 Mars 2021

Métropole 15 mars 2021
Suites numériques

Cet exercice est issu des annales officielles du Baccalauréat Spécialité Mathématiques (Terminale générale), session Métropole J1 Mars 2021. Il porte sur le thème Suites numériques. L'énoncé est accompagné d'indices progressifs pour guider la réflexion sans donner la réponse, et d'un corrigé détaillé.

Exercice A

Principaux domaines abordés : Suites numériques ; raisonnement par récurrence ; suites géométriques.

La suite $(u_n)$ est définie sur $\mathbb{N}$ par $u_0 = 1$ et pour tout entier naturel $n$,
$$u_{n+1} = \frac{3}{4}u_n + \frac{1}{4}n + 1.$$

Question Q1

Calculer, en détaillant les calculs, $u_1$ et $u_2$ sous forme de fraction irréductible.

L'extrait, reproduit ci-contre, d'une feuille de calcul réalisée avec un tableur présente les valeurs des premiers termes de la suite $(u_n)$.

A B 1 2 3 4 5 6 n u n 0 1 1 1,75 2 2,5625 3 3,421875 4 4,31640625 Extrait de feuille de calcul des premiers termes de (uₙ)

Extrait de feuille de calcul des premiers termes de $(u_n)$

Quelle formule, étirée ensuite vers le bas, peut-on écrire dans la cellule B3 de la feuille de calcul pour obtenir les termes successifs de $(u_n)$ dans la colonne B ?

Question Q2b

Conjecturer le sens de variation de la suite $(u_n)$.

Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a : $n \leqslant u_n \leqslant n+1$.

Question Q3b

En déduire, en justifiant la réponse, le sens de variation et la limite de la suite $(u_n)$.

Question Q3c

Démontrer que :
$$\lim_{n \to +\infty} \frac{u_n}{n} = 1.$$

On désigne par $(v_n)$ la suite définie sur $\mathbb{N}$ par $v_n = u_n - n$.

Démontrer que la suite $(v_n)$ est géométrique de raison $\dfrac{3}{4}$.

Question Q4b

En déduire que, pour tout entier naturel $n$, on a : $u_n = \left(\dfrac{3}{4}\right)^n + n$.

Énoncé : Ministère de l'Éducation nationale — Baccalauréat Spécialité Mathématiques, Métropole J1 Mars 2021 2021. Diffusé sous Licence Ouverte 2.0 (Etalab). Indices et correction : © Objectif Maths Tours.
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