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ANALYSE. COURS DE MATHÉMATIQUES. PREMIÈRE ANNÉE. Exo7 L'outil central abordé dans ce tome d'analyse ce sont les fonctions.
Exercices de mathématiques - Exo7
le cours d'analyse. [007201]. Exercice 159. Soit f : E ? F soit ?f la relation d'équivalence sur E dont les classes d'équivalence sont les fibres de f
Exo7 - Cours de mathématiques
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QCM DE MATHÉMATIQUES - LILLE - PARTIE 1
Sur le site Exo7 vous pouvez récupérer les fichiers sources. On examine le coefficient de Xn?1 et le coefficient constant.
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Suites
1 Convergence
Exercice 1Montrer que toute suite convergente est bornée. Montrer qu"une suite d"entiers qui converge est constante à partir d"un certain rang.Montrer que la suite(un)n2Ndéfinie par
u n= (1)n+1n n"est pas convergente. Soit(un)n2Nune suite deR. Que pensez-vous des propositions suivantes : Si(un)nconverge vers un réel`alors(u2n)net(u2n+1)nconvergent vers`. Si(u2n)net(u2n+1)nsont convergentes, il en est de même de(un)n. Si(u2n)net(u2n+1)nsont convergentes, de même limite`, il en est de même de(un)n. Soitqun entier au moins égal à 2. Pour toutn2N, on poseun=cos2npq 1.Montrer que un+q=unpour toutn2N.
2. Calculer unqetunq+1. En déduire que la suite(un)n"a pas de limite.SoitHn=1+12
++1n 1. En utilisant une intégrale, montrer que pour tout n>0 :1n+16ln(n+1)ln(n)61n 2.En déduire que ln (n+1)6Hn6ln(n)+1.
3.Déterminer la limite de Hn.
4. Montrer que un=Hnln(n)est décroissante et positive. 15.Conclusion ?
On considère la fonctionf:R!Rdéfinie par
f(x) =x39 +2x3 +19 et on définit la suite(xn)n>0en posantx0=0 etxn+1=f(xn)pourn2N: 1. Montrer que l"équation x33x+1=0 possède une solution uniquea2]0;1=2[: 2.Montrer que l"équation f(x) =xest équivalente à l"équationx33x+1=0 et en déduire queaest
l"unique solution de l"équationf(x) =xdans l"intervalle[0;1=2]: 3. Montrer que la fonction fest croissante surR+et quef(R+)R+. En déduire que la suite(xn)est croissante. 4. Montrer que f(1=2)<1=2 et en déduire que 06xn<1=2 pour toutn>0: 5.Montrer que la suite (xn)n>0converge versa:
Exercice 8Posonsu2=112
2et pour tout entiern>3,
u n= 1122 113
2 11n 2
Calculerun. En déduire que l"on a limun=12
Déterminer les limites lorsquentend vers l"infini des suites ci-dessous ; pour chacune, essayer de préciser en
quelques mots la méthode employée. 1.1 ; 12
;13 ;:::;(1)n1n 2.2 =1 ; 4=3 ; 6=5 ;:::; 2n=(2n1);:::
3.0 ;23 ; 0;233 ;:::; 0;2333 ;:::
4. 1n 2+2n2++n1n
2 5. (n+1)(n+2)(n+3)n 3 6.1+3+5++(2n1)n+12n+12
7. n+(1)nn(1)n 2 8.2n+1+3n+12
n+3n 9.1=2+1=4+1=8++1=2npuisp2 ;
q2 p2 ; r2 q2 p2 ;::: 10. 113+19 127
++(1)n3 n 11. pn+1pn 12. nsin(n!)n 2+1 13.
Démontrer la formule 1 +22+32++n2=16
n(n+1)(2n+1); en déduire limn!¥1+22+32++n2n 3.On considère les deux suites :
u n=1+12! +13! ++1n!;n2N; v n=un+1n!;n2N:Montrer que(un)net(vn)nconvergent vers une même limite. Et montrer que cette limite est un élément de
RnQ. Soita>0. On définit la suite(un)n>0paru0un réel vérifiantu0>0 et par la relation u n+1=12 u n+au nOn se propose de montrer que(un)tend verspa.
1.Montrer que
u n+12a=(un2a)24un2: 2. Montrer que si n>1 alorsun>papuis que la suite(un)n>1est décroissante. 3.En déduire que la suite (un)converge verspa.
4. En utilisant la relation un+12a= (un+1pa)(un+1+pa)donner une majoration deun+1paen fonction deunpa. 5.Si u1pa6ket pourn>1 montrer que
u npa62pa k2 pa 2n1 6.Application : Calculer
p10 avec une précision de 8 chiffres après la virgule, en prenantu0=3.Soientaetbdeux réels,a Soient u0etv0des réels strictement positifs avecu0 Indication pourl"exer cice1 NÉcrire la définition de la convergence d"une suite(un)avec les "e". Comme on a une proposition qui est vraie pour toute>0, c"est en particulier vrai poure=1. Cela nous donne un "N". Ensuite séparez la suite en deux : regardez lesn constante.Indication pourl"exer cice3 NOn prendra garde à ne pas parler de limite d"une suite sans savoir au préalable qu"elle converge ! Vous pouvez utiliser le résultat du cours suivant : Soit(un)une suite convergeant vers la limite`alors toute sous-suite(vn)de(un)a pour limite`.Indication pourl"exer cice4 NDans l"ordre c"est vrai, faux et vrai. Lorsque c"est faux chercher un contre-exemple, lorsque c"est vrai il faut le prouver.Indication pourl"exer cice5 NPour la deuxième question, raisonner par l"absurde et trouver deux sous-suites ayant des limites distinctes. Pour chacune des majorations, il s"agit de f airela somme de l"inég alitéprécédente et de s"aperce voirque Que f aitune suite décroissante et minorée ? Indication pourl"exer cice7 NPour la première question : attention on ne demande pas de calculera! L"existence vient du théorème des Pour la dernière question : il faut d"une part montrer que(xn)converge et on note`sa limite et d"autre part il avec des entiers.Indication pourl"exer cice11 N1.C"est un calcul de réduction au même dénominateur . suffit pour la précision demandée.Indication pourl"exer cice12 NPourlapremièrequestionetlamonotonieilfautraisonnerparrécurrence. Pourlatroisièmequestion, remarquer que sifest décroissante alorsffest croissante et appliquer la première question.Indication pourl"exer cice13 N1.Re garderce que donne l"inég alitéen éle vantau carré de chaque coté. Une suite croissante et majorée con verge; une suite décroissante et minorée aussi. Indication pourl"exer cice14 NOn noterafn:[0;1]!Rla fonction définie parfn(x) =ånk=1xk1: On sait que fn(an) =0. Montrer par un calcul quefn(an1)>0, en déduire la décroissance de(an). En Donc la suite(un)est stationnaire (au moins) à partir deN. En prime, elle est bien évidemment convergente vers`=a2N.Correction del"exer cice3 NIl est facile de se convaincre que(un)n"a pas de limite, mais plus délicat d"en donner une démonstration formelle. En effet, dès lors qu"on ne sait pas qu"une suite(un)converge, on ne peut pas écrire limun, c"est un n"a pas de sens. Par contre voilà ce qu"on peut dire :Comme la suite1=n tend vers0quand n!¥, la suite nest convergente si et seulement si la suite(1)nl"est. De plus, dans le cas où elles sont toutes les deux convergentes, elles ont même limite.Cette affirmation provient tout simplement du théorème suivant Théorème: Soient(un)et(vn)deux suites convergeant vers deux limites`et`0. Alors la suite(wn)définie par De plus, il n"est pas vrai que toute suite convergente doit forcément être croissante et majorée ou décroissante et minorée. Par exemple,(1)n=nest une suite qui converge vers 0 mais qui n"est ni croissante, ni décroissante. Supposons donc par l"absurde qu"elle soit convergente et notons`=limn!¥un. (Cette expression a un sens Rappel.Unesous-suitede(un)(on dit aussisuite extraitede(un)) est une suite(vn)de la formevn=uf(n)où fest une application strictement croissante deNdansN. Cette fonctionfcorrespond "au choix des indices qu"on veut garder" dans notre sous-suite. Par exemple, si on ne veut garder dans la suite(un)que les termes Théorème: Soit(un)une suite convergeant vers la limite`(le théorème est encore vrai si`= +¥ou`=¥). Correction del"exer cice4 N1.Vrai. T outesous-suite d"une sui tecon vergenteest con vergenteet admet la même limite (c"est un résultat02[a;b]et pour toutn2N;un+1=f(un):
3 1.On suppose ici que fest croissante. Montrer que(un)nest monotone et en déduire sa convergence vers
une solution de l"équationf(x) =x. 2.Application.Calculer la limite de la suite définie par :
u 0=4 et pour toutn2N;un+1=4un+5u
n+3: 3. On suppose maintenant que fest décroissante. Montrer que les suites(u2n)net(u2n+1)nsont monotones et convergentes. 4.Application.Soit
u 0=12 et pour toutn2N;un+1= (1un)2: Calculer les limites des suites(u2n)net(u2n+1)n.
1. Soient a;b>0. Montrer quepab6a+b2
2. Montrer les inég alitéssui vantes( b>a>0) :
a6a+b2 6beta6pab6b:
3. Montrer que un6vnquel que soitn2N.
(b) Montrer que (vn)est une suite décroissante.
(c) Montrer que (un)est croissante En déduire que les suites(un)et(vn)sont convergentes et quelles ont même limite. Soitn>1.
1. Montrer que l"équation
nå k=1xk=1 admet une unique solution, notéean, dans[0;1]. 2. Montrer que (an)n2Nest décroissante minorée par12 3. Montrer que (an)converge vers12
Indication pour
l"exer cice 6 N1.En se rappelant que l"intégrale calcule une aire montrer :
1n+16Z
n+1 ndtt 61n
2. La limite est +¥.
4. Calculer un+1un.
5. 2=(k1)(k+1)k:k. Puis simplifier l"écriture deun.Indication pourl"exer cice10 N1.Montrer que (un)est croissante et(vn)décroissante.
5 2.Montrer que (un)est majorée et(vn)minorée. Montrer que ces suites ont la même limite.
3. Raisonner par l"absurde : si la limite `=pq
alors multiplier l"inégalitéuq6pq 6vqparq! et raisonner
Pour montrer la décroisance, montrer
un+1u n61. 3. Montrer d"abord que la suite con verge,montrer ensuite que la limite est pa. 4. Penser à écrire u2n+1a= (un+1pa)(un+1+pa).
5. Raisonner par récurrence.
6. Pour u0=3 on au1=3;166:::, donc 36p106u1et on peut prendrek=0:17 par exemple etn=4 Petites manipulations des inég alités.
3. (a) Utiliser 1.
(b) Utiliser 2.
(c) C"est une étude de la fonction fn.
2. 6`
Conclure.6
Correction del"exer cice1 NSoit(un)une suite convergeant vers`2R. Par définition 8e>09N2N8n>Njun`j
La convergence de(un)s"écrit :
8e>09N2Ntel que(n>N) jun`j
Fixonse=12
, nous obtenons unNcorrespondant. Et pourn>N,un2I. Mais de plusunest un entier, donc n>N)un2I\N: En conséquent,I\Nn"est pas vide (par exempleuNen est un élément) doncI\N=fag. L"implication précédente s"écrit maintenant : n>N)un=a: Alors, toute sous-suite(vn)de(un)a pour limite`.
Par conséquent, ici, on a que limvn=`et limwn=`donc`=1 et`=1 ce qui est une contradiction. L"hypothèse disant que(un)était convergente est donc fausse. Donc(un)ne converge pas. 7 8e>09N2Ntel que(n>N) jun`j
2p>N1) ju2p`j
2p+1>N2) ju2p+1`j
=cos(2np) =1=u0etunq+1=cos2(nq+1)pq =cos2pqquotesdbs_dbs22.pdfusesText_28SoitN=max(N1;N2), alors
n>N) jun`j
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