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Année 2007-20081èreSSVT

Corrigé Devoir Maison 5

Exercice 1 :

Le floconde Koch

1. Etude du nombre de côtés

1)C1est le nombre de segments à la première étape doncC1=3 .

D"après la figure du livre on aC2=12 etC3=48 .

A chaque itération chaque segment est transforméen 4 segments par conséquent on a : C

4=4×48=192 .

2) A chaque itération chaque segment est transformé en 4 segments par conséquent on a, pour tout

entiern:Cn+1=4×Cn. La suite (Cn)n?1est donc géométrique de raison 4. On a ainsi, pour tour entiern:Cn=C1×(4)n-1=3×4n-1.

2. Etude du périmètre

1) Puisque la transformation transforme 1 segment en 4 segments de même longueur et que les 3

segments de départ sont de même longueur les segments ont tous la même longueur à l"étapen.

On peut donc parler delalongueur d"unsegment à l"étapen.

2) La transformationtransforme un segment en 4 segments de longueur1

3du segment originel.

Par conséquent on a, pour tout entiern:un+1=1

3×un.

La suite (un)n?1est ainsi géométriquede raison1 3.

On peut donc écrireun=u1×?1

3? n-1 =1×13n-1=13n-1.

3) A l"étapenle flocon est composé deCnsegments de longueursun.

On obtient doncPn=Cn×un=3×4n-1×1

3n-1=3×?43?

n-1

Ce qui est bien la formule demandée.

4) On nous demande de déterminer,si elle existe, lim

n→+∞Pn.

Or (Pn) est une suite géométrique de raison supérieure à 1 et de premier terme positif par consé-

quent limn→+∞Pn=+∞.

3. Etude de l"aire

1) Pour calculerA1il nous faut déterminer la hauteurhdans le triangeéquilatéral de côté 1.

Cettehauteurest aussimédiatricedansce trianglecar il est équilatéral.On peut donc appliquerle

théorèmedePythagoredansletrianglerectangleainsiformé: 12=?1 2? 2 +h2puish2=1-14=34et enfinh=? 3 2.

On a ainsiA1=1×h

2=? 3 4.

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2) Par proportionnalité un triangle équilatéral de côtéaa une hauteur de longueura?3

2et donc

comme aire a×a? 3 2

2=a2×?

3 4.

La différenceAn+1-Ancorrespond à l"aire desCntriangleséquilatéraux de côtéun+1par consé-

quent il suit que A n+1-An=Cn×?un+1?2×? 3 4 =3×4n-1×?1 3n? 2 3 4 =3×4n-1×1

32n×?

3 4 =3×4n-1×?1 32?
n 3 4 =3? 3

4×4n-1×19n

3? 3

4×19×?49?

n-1 3

12×?49?

n-1

3) On remarque que la somme (An-An-1)+···+(A2-A1) est une somme télescopique donc on a

3 4. D"après l"expression trouvée deAn+1-Anon voit que la suite?An-An-1?est une suite géomé- trique de raison 4

9et de premier termeA2-A1=?

3 12. La somme ainsi demandée est donc la somme desn-1 premiers termes de la suite géométrique (An-An-1) :

Attention à ne pas se tromper sur les indices, pour être sûr desa valeur on vérifie que pour n=3on

a bien le bon nombre de termes, à savoir 2 qui sont A

3-A2et A2-A1, ce qui est le cas.

(An-An-1)+···+(A2-A1)=?3

12×1-?4

9? n-1 1-49 3

12×1-?4

9? n-1 5 9 3

12×95×?

1-?49?

n-1? 3? 3 20?

1-?49?

n-1? De ce qui précéde on déduit donc pourn?2 :An-? 3 4=3? 3 20?

1-?49?

n-1? et doncAn=? 3 4+3? 3 20?

1-?49?

n-1?

4) On nous demande de déterminer,si elle existe, lim

n→+∞An.

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Année 2007-20081èreSSVT

Puisque49est compriseentre-1 et 1 on a limn→+∞? 49?
n-1 =0 puis,par sommeet produitde limites, lim n→+∞An=? 3 4+3? 3

20×1=5?

3 20+3? 3

20c"est-à-dire limn→+∞An=2?

3 5.

A l"étape+∞on obtiendrait donc une figure qui aurait un bord infini mais une aire finie, c"est une

fractale.

Exercice 2 :Comportementasymptotique

1) On trace la courbeCfet on place les pointsA0,A2,A4,A6etA8.

O-1123456789

-2 -1 1 2 3 4 5 Cf y=2 A0 A2

A4A6A8

2) On aun=f(n)=2n-1n+1.

3) On réécritun:un=2n-1

n+1=n?2-1 n? n?1+1n? =2-1 n

1+1nce qui est bien l"expression voulue.

4) On a lim

n→+∞1 n=0 donc par sommes des limites limn→+∞? 1+1n? =1 et limn→+∞? 2-1n? =2 puis par quotient des limites on obtient lim n→+∞2-1 n

1+1n=2 .

On a donc lim

n→+∞un=2 .

5) On trace la droite d"équationy=2 sur le graphique précédent.

6) Le segment [AnBn] est vertical donc la longueurAnBnest la différence des ordonnées (en valeur

absolue). Le pointBna pour ordonnée 2 donc : A nBn=|2-un|=????

2-2n-1

n+1???? =????2(n+1)-(2n-1)n+1???? =????3n+1???? =3n+1.

On a ainsi montré queAnBn=3

n+1.

7) On a lim

n→+∞(n+1)=+∞donc par quotient des limites on a limn→+∞3 n+1=0.

Autrement dit lim

n→+∞AnBn=0 . Cela signifie que plusnest grand plus le pointAnse rapproche du pointBn.

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