Suites numériques — Mines-Ponts

Exercices corrigés des Mines-Ponts sur le thème « suites numériques », regroupés par filière.

MP–MPI


Exercice 1. (★★) valeurs d’adhérence ; suites extraites ; convergence
Soit {(u_n)} dans un espace normé et {\varphi} une permutation de {\mathbb{N}}.

Comparer les valeurs d’adhérence de {(u_n)} et {(u_{\varphi(n)})}.

Montrer que l’une converge si et seulement si l’autre converge.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 2. (★★★) théorème de Cesàro ; limites ; sommes télescopiques
Soit {(a_n)} réelle et {(b_n)} positive, croissante et non majorée.
1) Si {a_n\to\ell}, montrer {\frac1{b_n}\sum\limits_{k=0}^{n-1}(b_{k+1}-b_k)a_k\to\ell}.

2) Si {(a_{n+1}-a_n)/(b_{n+1}-b_n)\to\ell}, que dire de {a_n/b_n} ?

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 3. (★★★) suites implicites ; valeurs d’adhérence ; développements limités
Soit {f_n(x)=nx^{n+1}-(n+1)x^n}.

Montrer que {f_n(x)=1} a une unique solution {x_n\geq0}.

Calculer {f_n(1+2/n)} et déterminer {\lim x_n}.

Avec {u_n=n(x_n-1)} et {h(x)=e^x(x-1)}, montrer {h(u_n)\to1}, puis {x_n=1+\alpha/n+o(1/n)}, où {h(\alpha)=1}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 4. (★★) suites récurrentes ; module et argument ; convergence absolue
Étudier les suites définies par {u_1,v_1\in\mathbb{R}} et {u_{n+1}=u_n+v_n\arctan(1/n^2)}, {v_{n+1}=v_n-u_n\arctan(1/n^2)}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 5. (★★★) théorème de Cesàro ; limites ; sommes télescopiques
Soit {b_n>0} strictement croissante et non bornée.

Si {a_n\to\ell}, montrer {b_n^{-1}\sum\limits_{k\lt n}(b_{k+1}-b_k)a_k\to\ell}.

En déduire que {(a_{n+1}-a_n)/(b_{n+1}-b_n)\to\ell} implique {a_n/b_n\to\ell}.

La réciproque est-elle vraie ?

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 6. (★) Suites monotones ; Comparaison ; Sommes géométriques
Soit {(a_n)} décroissante strictement positive, {a_0=1}, et {b_n=\sum\limits_{k=1}^n(1-a_{k-1}/a_k)/a_k}.

Montrer {b_n\in[0,1]} et construire une telle suite avec {b_n\to\ell} pour chaque {\ell\in[0,1]}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 7. (★★★) équivalents ; suites récurrentes ; théorème de Cesàro
Pour {a\in]0,1[}, poser {u_0=a}, {u_{n+1}=u_n+u_n^2\log u_n}.

Étudier sa convergence.

Pour {F(x)=\int_a^xdt/(t^2\log t)}, montrer {F(u_{n+1})-F(u_n)\to1}, puis donner des équivalents de {F(u_n)} et {u_n}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 8. (★★) Calcul asymptotique ; suites récurrentes ; développements limités
Pour {u_0\in]0,\pi/2]} et {u_{n+1}=\sin u_n}, étudier la convergence et donner un équivalent.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 9. (★★★) monotonie ; développement asymptotique ; équivalents
Pour {n\ge2}, montrer que {x^n-nx+1=0} a une unique solution {x_n\in[0,1]}.

Étudier sa monotonie et sa limite, puis donner un équivalent et un développement à deux termes.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 10. (★★★) suites récurrentes ; bornitude ; comparaison
Pour {u_0\ge0} et {u_{n+1}=\sqrt{u_n}+1/(n+1)} :
1) si la suite converge, quelle est sa limite ?

2) si tous les termes sont au plus un, montrer sa convergence ;

3) étudier le cas général.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 11. (★★★) développement asymptotique ; monotonie ; développements limités
Pour {n\ge2}, montrer que {\sin x=x/n} a une unique solution {x_n\in]0,\pi[}, étudier sa limite, puis donner son développement avec une erreur {o(n^{-3})}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 12. (★★) Polynômes et fractions rationnelles ; monotonie ; normes équivalentes
Pour {N(P)=\sup_{[0,1]}|P|}, soit {a_n} l’infimum de {N(P)} sur les polynômes unitaires de {\mathbb{R}_n[X]}.

Montrer {a_n>0}, calculer {a_0,a_1}, puis montrer la décroissance et la limite nulle de {(a_n)}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 13. (★★★) borne inférieure ; division euclidienne ; limites
Si {u_{m+n}\le u_m+u_n} pour tous {m,n\in\mathbb{N}}, montrer {u_n/n\to\inf_{k\ge1}u_k/k}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 14. (★★★) accroissements finis ; suites récurrentes ; gradient
Soient {f\in C^2(\mathbb{R}^2,\mathbb{R})} et {k\in[0,1[} tels que {|\partial_xf(a)|+|\partial_yf(a)|\leq k} pour tout {a}. On définit {u_{n+2}=f(u_n,u_{n+1})}, avec {(u_0,u_1)\in\mathbb{R}^2}, et {a_n=\max(|u_{n+1}-u_n|,|u_{n+2}-u_{n+1}|)}.
1) Montrer que pour tous {a,b}, il existe {c} tel que {f(b)-f(a)=\langle b-a,\nabla f(c)\rangle}.

2) Montrer que {|f(x,y)-f(x',y')|\leq k\max(|x-x'|,|y-y'|)}.

3) Montrer {a_{n+2}\leq ka_n}, puis {a_n\leq Cq^n} pour des constantes {C} et {q\lt 1}.

4) Montrer que {(u_n)} converge et donner une propriété de sa limite.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 15. (★★★) suites monotones ; normes équivalentes ; dimension finie
Pour {P\in\mathbb{R}[X]}, on pose {N(P)=\sup_{t\in[0,1]}|P(t)|}. Pour {n\in\mathbb{N}}, soit {E_n} l’ensemble des polynômes unitaires de {\mathbb{R}_n[X]} et {a_n=\inf_{P\in E_n}N(P)}.
1) Montrer que {a_n>0} ; calculer {a_0} et {a_1}.

2) Montrer que {(a_n)} est décroissante et de limite nulle.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 16. (★★★) convergence ; suites récurrentes ; monotonie
Soit {u_0=x>0} et {u_{n+1}=e^{u_n}/(n+1)} pour {n\in\mathbb{N}}.
1) Si {u_{k+1}\le u_k}, montrer que {(u_n)_{n\ge k+1}} est strictement décroissante.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Si {(u_n)} est croissante, montrer que sa croissance est stricte.

Que dire de sa limite ?

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) On admet {e^{e-2}\lt 9/4}.

Montrer que, pour {x} suffisamment petit, {(u_n)} converge.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 17. (★★★) convergence ; développements limités ; valeurs intermédiaires
Soit {\alpha>1}. Pour {n\ge1}, on considère {\prod\limits_{k=1}^n(kx+n^2)=\alpha n^{2n}}.
1) Montrer que cette équation possède une unique solution strictement positive, notée {x_n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que {x_n\lt 2\alpha}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Montrer la convergence de {(x_n)} et calculer sa limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 18. (★★) suites récurrentes ; accroissements finis ; applications lipschitziennes
Soient {f\in C^1(\mathbb{R},\mathbb{R})} et {u_{n+1}=f(u_n)}.
1) Si {(u_n)} converge, montrer que sa limite est un point fixe. On fixe ensuite un point fixe {a}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Si {|f'(a)|>1}, montrer qu’il existe {\eta>0} et {k>1} avec {|f'(x)|\ge k} sur {]a-\eta,a+\eta[}.

Décrire les suites convergeant vers {a}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Si {|f'(a)|\lt 1}, montrer qu’il existe {\eta>0} et {k\in[0,1[} avec {|f'(x)|\le k} sur {]a-\eta,a+\eta[}.

Montrer que {u_n\to a} si et seulement si un terme appartient à cet intervalle.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 19. (★★★) suites récurrentes ; monotonie ; convergence
Soit {u_0>0} et {u_{n+1}=\sqrt{u_n}+1/(n+2)}.

Montrer qu’il existe {N} tel que {u_N>1}.

1) Montrer qu’il existe {n_0\ge N} tel que {(u_n)_{n\ge n_0}} soit décroissante.

2) La suite converge-t-elle ?

Si oui, trouver sa limite.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 20. (★★★★) suites récurrentes ; suites extraites ; applications lipschitziennes
Soit {f:\mathbb{R}_+\to\mathbb{R}_+} bornée et telle que {|f(x)-f(y)|\lt |x-y|} pour {x\ne y}. Soient {u_1\ge0}, {u_{n+1}=f(u_n)+1/n} et {a_n=|u_{n+1}-u_n|}.
1) Pour {1\le p\lt q}, montrer que {a_q-a_p\le1/p}.

2) Montrer que {(a_n)} converge.

3) Montrer que {(u_n)} converge.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 21. (★★★) théorème de Cesàro ; suites récurrentes ; équivalents
Soit {u_0>-1} et, pour {n\in\mathbb{N}^\star}, {u_{n+1}=u_n+u_n^2}.
1) Montrer que {(u_n)} converge.

2) On suppose {u_0>0} et on pose {v_n=\log(u_n)/2^n}.

Montrer que {v_n\to\alpha\in\mathbb{R}} et que {0\le\alpha-v_n\le1/(2^nu_n)}.

Donner un équivalent de {u_n}.

3) Donner un équivalent de {u_n} lorsque {-1\lt u_0\lt 0}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 22. (★★★) Calcul asymptotique ; comparaison série-intégrale ; sommation des relations de comparaison
Soient {\alpha\in\mathbb{R}_+}, {u_1>0} et {u_{n+1}=u_n+1/(n^\alpha u_n)} pour {n\ge1}.
1) Pour quelles valeurs de {\alpha} la suite converge-t-elle ?

2) Trouver alors un équivalent de {\ell-u_n}, où {\ell} est sa limite.

3) Donner un équivalent de {u_n} lorsqu’elle diverge.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 23. (★★) convergence dominée ; suites récurrentes ; suites monotones
Déterminer la limite de {u_n=\int_0^1 dx/\sqrt{2+\sqrt{2+\cdots+\sqrt{2+2x}}}}, où le dénominateur comporte {n} racines carrées.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 24. (★★★★) dimension finie ; Espaces vectoriels normés ; critère de Cauchy
Soient {E} normé de dimension finie et {f:E\to E} telle que {\lVert f(x)-f(y)\rVert\le\frac14(\lVert f(x)-x\rVert+\lVert f(y)-y\rVert).}Montrer que {f} possède un unique point fixe.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 25. (★★★) suites récurrentes ; monotonie ; convergence
Soit {u_0>0} et {u_{n+1}=\sqrt{u_n}+1/(n+2)}.
1) Montrer qu’il existe {n} avec {u_n>1}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que la suite est décroissante à partir d’un certain rang, puis convergente, et calculer sa limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 26. (★★★) développements limités ; convergence ; valeurs intermédiaires
Soit {\alpha>1}.
1) Montrer que {\prod\limits_{k=1}^n(kx+n^2)=\alpha n^{2n}} a une unique solution {x_n>0}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que {x_n\lt 2\alpha}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Montrer que {(x_n)} converge et calculer sa limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 27. (★★) suites monotones ; comparaison série-intégrale ; équivalents
Pour {j\ge1}, on pose {k_j=\min\left\{n\ge1:\sum\limits_{k=1}^n1/k\ge j\right\}}.
1) Montrer que {k_j} est bien défini.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Étudier sa monotonie et sa limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Montrer que {k_{j+1}/k_j\to e}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 28. (★★★★) intégration terme à terme ; relations de récurrence ; majoration des restes
Pour {a\in\left\{0,1\right\}}, on pose {v_{1,a}=x\in\mathbb{R}} et {v_{n+1,a}=(2+1/n)v_{n,a}-a}.
1) Expliciter {t_n\ne0} tel que {v_{n,0}=xt_n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Exprimer {v_{n+1,a}/t_{n+1}-v_{n,a}/t_n} en fonction de {t_{n+1}}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) En déduire la limite en fonction de {x}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 29. (★★★) récurrences linéaires du second ordre ; sommes télescopiques ; identités trigonométriques
Soit {a_0=0}, {a_1=1}, et {a_{n+1}=4a_n-a_{n-1}} pour {n\ge1}.
1) Montrer que {a_n^2-a_{n-1}a_{n+1}=1} pour {n\ge1}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Si {S_n=\sum\limits_{k=1}^n\arctan(1/(4a_k^2))}, l’exprimer en fonction de {a_n,a_{n+1}}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Montrer que {S_n\to\pi/12}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 30. (★★★★) théorème de Cesàro ; suites récurrentes ; développements asymptotiques
Soit {x_0>0} et {x_{n+1}=x_n+e^{-x_n^2}}. En étudiant {u_n=e^{x_n^2}/x_n} et {v_n=u_{n+1}-u_n}, trouver un équivalent puis un développement asymptotique de {x_n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :


PSI


Exercice 1. (★★★★) Suites récurrentes ; Inversibilité ; Calcul polynomial
1) Étudier {u_{n+1}=(u_n+1/u_n)/2} pour {u_0\in\mathbb{R}^\star}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Pour {N\in M_p(\mathbb{R})} avec {N^p=0}, montrer que {A=I_p+N} est inversible.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Justifier et étudier {M_0=A}, {M_{n+1}=(M_n+M_n^{-1})/2}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 2. (★★) Convergence ; Suites récurrentes ; Suites bornées
Soit {u_0=a} et {u_{n+1}=u_n/(n+1)+1}.
1) Si la suite converge pour un {a}, montrer qu’elle converge pour tout {a} et que sa limite vaut {1}.

2) Montrer la convergence pour {a=1}.

3) Montrer {S_n=\sum\limits_{k=1}^nk!/n!\to1}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 3. (★★★) convergence des suites ; équivalence des normes ; unicité de la limite
Soient {N_1,N_2} deux normes sur un espace réel {E}.
1) Montrer que l’équivalence des normes conserve la convergence des suites.

2) Si les mêmes suites convergent pour les deux normes, montrer leur équivalence.

3) Sur {\mathbb{R}[X]}, poser {N_a(P)=|P(a)|+\int_0^1|P'|}.

Montrer l’équivalence de {N_a,N_b} pour {a,b\in[0,1]}.

4) Pour {P_n=X^n/2^n}, déterminer la convergence pour {N_a} et sa limite.

5) En déduire la non-équivalence si {0\le a\lt b}, {b>1}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 4. (★★) Espaces vectoriels normés ; convergence ; extraction
Dans un espace normé, étudier les assertions suivantes :
1) Toute suite convergente est de Cauchy.

2) Pour la norme du maximum des coefficients sur {\mathbb{R}[X]}, {P_n=1+\sum\limits_{k=1}^nX^k/k} est de Cauchy mais ne converge pas.

3) Toute suite de Cauchy est bornée.

4) Une suite de Cauchy ayant une sous-suite convergente converge.

5) En dimension finie, convergence et propriété de Cauchy sont équivalentes.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 5. (★★★★) suites monotones ; suites récurrentes ; majorations
Pour {x_n\ge0}, poser {y_n=\sqrt{x_1+\sqrt{x_2+\cdots+\sqrt{x_n}}}}.
1) Étudier la convergence si {(x_n)} est constante.

2) Même question pour {x_n=ab^{2^n}}, {a,b>0}.

3) Montrer que {y_n} converge exactement lorsque {(x_n^{1/2^n})} est bornée.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 6. (★★) Fonctions d’une variable réelle ; suites implicites ; variations
Pour {n\ge2}, étudier {e^x-x^n=0}.

Montrer qu’il y a deux solutions positives {u_n\lt v_n}, déterminer la limite de {u_n}, un équivalent de son écart à la limite et la divergence de {v_n}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 7. (★★★) Fonctions d’une variable réelle ; fonctions monotones ; bijections
Soit {f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}} continue avec {f\circ f=2f-I}.
1) Montrer que {f} est une bijection strictement croissante.

2) Pour {f_0=f}, {f_{n+1}=f\circ f_n}, préciser la limite de {f_n/n}.

3) Déterminer {f}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 8. (★★★) Intégration sur un segment ; suites récurrentes linéaires ; divisibilité
Pour {n\ge0} et {x\in\mathbb{R}}, poser {I_n(x)=\int_0^\pi(\cos(nt)-\cos(nx))/(\cos t-\cos x)dt}.

Montrer qu’elle est définie, puis calculer {I_{n+1}+I_{n-1}} et trouver une récurrence.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 9. (★★★) convergence uniforme ; convergence simple ; suites récurrentes
Sur {]0,+\infty[}, poser {f_0(x)=x} et {f_{n+1}(x)=\tfrac12(f_n(x)+x/f_n(x))}.

Étudier les convergences simple et uniforme.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 10. (★★★★★) récurrences linéaires ; théorème spectral ; équivalents
On définit {f_0=f_1=1} et {f_{n+2}=f_{n+1}+f_n}. Pour {n\in\mathbb{N}^\star}, soit {A_n=(f_{i+j-2})_{1\leq i,j\leq n}}.
1) Représenter explicitement {A_2,A_3,A_4}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Donner l’ordre de la valeur propre zéro dans {A_n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Montrer que {A_n} admet deux valeurs propres distinctes {a_n\lt 0\lt b_n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
4) Étudier les suites {(a_n)} et {(b_n)}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 11. (★★★) suites monotones ; racines réelles ; équivalents
Pour {n\geq2}, soit {P_n=X^n+X^{n-1}+\cdots+X-1}.
1) Montrer que {P_n} a une unique racine dans {\mathbb{R}_+}, notée {x_n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que {x_n\in[1/2,1]}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Montrer que {(x_n)} converge vers un réel {\ell}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
4) Donner un équivalent de {x_n-\ell}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 12. (★★★) convergence de suites ; coefficients binomiaux ; croissances comparées
Soit {(u_n)_{n\geq0}} réelle et {v_n=2^{-n}\sum\limits_{k=0}^n\binom nk u_k}.
1) Si {(u_n)} converge, montrer que {(v_n)} converge et trouver sa limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Étudier la réciproque.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 13. (★★★) comparaison somme-intégrale ; théorème des valeurs intermédiaires ; équivalents
Soit {a>0}.
1) Montrer que {\sum\limits_{k=0}^n1/(x-k)=a} a une unique solution {x_n\in]n,+\infty[}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Étudier la monotonie de {(x_n)}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Trouver un équivalent simple de {x_n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 14. (★★★) suites récurrentes ; convergence de suites ; sommes géométriques
Soient {(x_n)\in\mathbb{C}^{\mathbb{N}}} et {\lambda\in\mathbb{C}}, {|\lambda|>1}.

Montrer que {(x_n)} converge si et seulement si {(x_n+\lambda x_{n+1})} converge.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 15. (★★★★) Intégration sur un intervalle quelconque ; intégration par parties ; suites récurrentes
Soit {F(x)=\int_x^\infty e^{-t^2}\,dt}.
1) Trouver un équivalent de {F} en {+\infty}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Soient {a_0=1} et {a_{n+1}=a_n+F(a_n)}.

Trouver un équivalent de {a_n}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 16. (★★★★) division euclidienne ; principe d’injection ; limites de suites
Soient {n\geq2} et des points distincts {M_0,\ldots,M_{n-1}} de {\mathbb{R}^2}, avec {M_k=(x_k,y_k)} et {M_0=(0,0)}. Chaque pas est horizontal ou vertical de longueur un : {(x_{k+1},y_{k+1})=(x_k,y_k\pm1)} ou {(x_k\pm1,y_k)}. On note {c_n} le nombre de ces chemins auto-évitants, c’est-à-dire sans répétition de sommet, et {u_n=\ln c_n}.
1) Que valent {c_1,c_2} ?
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que {c_{n+m}\leq c_nc_m}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) En utilisant la division euclidienne de {n} par {m}, montrer que pour tout {\varepsilon>0}, il existe {N} tel que {c_n/n\geq c_m/m-\varepsilon} pour {n\geq N}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
4) Montrer que {c_n/n\to\ell=\sup\left\{c_k/k:k\geq1\right\}}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :


PC


Exercice 1. (★★★) Module et argument ; Suites récurrentes ; Identités trigonométriques
Étudier la suite complexe {z_{n+1}=(z_n+|z_n|)/2}, {z_0\in\mathbb{C}}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 2. (★★★) Suites récurrentes ; Suites extraites ; Suites bornées
Une suite réelle vérifie {x_{n+2}=\min(3-x_{n+1},2x_n-2)}.

Est-elle convergente ?

Montrer qu’elle prend une valeur négative et qu’elle n’est pas bornée.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 3. (★★★) Suites implicites ; Monotonie ; Équivalents
Pour {P_n=-1+\sum\limits_{k=1}^nX^k}, montrer l’existence d’une unique racine positive {u_n}, sa convergence, puis trouver un équivalent de son écart à la limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 4. (★★★) Suites implicites ; Équivalents ; Valeurs intermédiaires
Pour {n\geq1}, poser {x_n=\min\left\{x>0:\cos(nx)=e^{-x}\right\}}.

Justifier l’existence, déterminer la limite et un équivalent de {x_n}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 5. (★★★) Suites récurrentes ; Équivalents ; Développements asymptotiques
Pour {x_0>0}, {x_{n+1}=\sqrt{n^2+x_n}}, montrer {x_n\sim n} et étudier {x_n-n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 6. (★★★) suites récurrentes ; intervalles stables ; équivalents
Pour {a\in\mathbb{C}}, étudier {u_0=a}, {u_{n+1}=u_n+|u_n|^2}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 7. (★★★) suites récurrentes ; équivalents ; rationalisation
Soit {u_0\geq0} et {u_{n+1}=\sqrt{u_n+n}}.

Montrer {u_n\sim\sqrt n} et {u_n-\sqrt n\to1/2}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 8. (★★★) suites définies implicitement ; équivalents ; croissances comparées
Pour {n\geq3}, montrer que {e^x=x^n} a deux solutions positives {u_n\lt v_n}.

Déterminer la limite de {u_n} et un équivalent de son écart à cette limite, puis la limite et un équivalent de {v_n}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 9. (★★★) Calcul asymptotique ; développements limités ; suites définies implicitement
Pour {n\geq2}, montrer que {x^n=1+x} a une unique solution positive {x_n}.

Déterminer sa limite et un développement asymptotique à deux termes.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 10. (★★★) suites bornées ; limites ; majorations géométriques
Soit {(u_n)} réelle bornée telle que {u_n+u_{n+1}/2\to1}.

Montrer sa convergence et calculer sa limite.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 11. (★★) identité télescopique ; limites ; produits
Pour {x\in\mathbb{R}}, déterminer {\lim_{n\to\infty}\prod\limits_{k=0}^n(1+x^{2^k})}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 12. (★★★★) Intégration sur un intervalle quelconque ; convergence dominée ; vitesse de convergence
Pour {n\geq1}, poser {u_n=\sum\limits_{k=1}^n(k/n)^n} et {f_n(x)=(1-\lfloor x\rfloor/n)^n\mathbf1_{[0,n+1[}(x)}.

Montrer {u_n=\sum\limits_{k=0}^n(1-k/n)^n=\int_0^\infty f_n}, trouver la limite simple de {f_n}, la limite {\ell} de {u_n}, puis montrer que {n(\ell-u_n)} reste bornée.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 13. (★★★) suites bornées ; convergence ; inégalités
Si {a_n\to a} et {b_n\to b}, montrer {\frac1{n+1}\sum\limits_{k=0}^na_kb_{n-k}\to ab}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 14. (★★) suites récurrentes ; monotonie ; équivalents
Si {x_0>1} et {x_{n+1}=x_n+x_n^{-1}}, montrer {x_n\sim\sqrt{2n}}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 15. (★★★) convergence ; diagonalisation orthogonale ; projecteurs orthogonaux
Soient {0\lt a\lt 1} et {M=\begin{pmatrix}0&a&1-a\\[4pt]a&1-a&0\\[4pt]1-a&0&a\end{pmatrix}}.
1) Est-elle diagonalisable ?

Donner ses valeurs propres.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que {(M^n)} converge vers {L} et caractériser géométriquement {L}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Pour {S\in S_p(\mathbb{R})}, donner une condition pour la convergence de {(S^n)} et sa limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
4) Si {A\in\mathcal A_p(\mathbb{R})} et {(A^n)} converge, déterminer sa limite.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 16. (★★★) convergence ; sommes de Riemann ; positivité et majorations
Déterminer la limite de {\sum\limits_{k=0}^{n-1}1/\sqrt{n^2-k^2}}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 17. (★★) formule de Stirling ; convergence ; domination et négligeabilité
Pour {n\geq1}, soit {u_n=n^{-1}(\prod\limits_{k=1}^n(3k-1))^{1/n}}.

Calculer sa limite.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 18. (★★★) suites récurrentes ; module et argument ; identités trigonométriques
Étudier la suite {z_{n+1}=(z_n+|z_n|)/2}, avec {z_0\in\mathbb{C}\setminus\mathbb{R}_-}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 19. (★★) suites récurrentes ; suites extraites ; dérivation et composition
Soit {f(x)=\pi+\arctan(\pi-x)} et {u_{n+1}=f(u_n)}, avec {u_0\in]\pi/2,3\pi/2[}.
1) Étudier les variations, la symétrie centrale en {(\pi,\pi)} et les asymptotes de {f}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que {x>\arctan x} pour {x>0} et en déduire le signe de {f(f(x))-x}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Résoudre {f(f(x))=x}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
4) Étudier {(u_{2n})}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
5) Étudier {(u_n)}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 20. (★★★★) suites récurrentes ; monotonie ; convergence
Soit {(\varepsilon_n)\in(\mathbb{R}_+^\star)^{\mathbb{N}}} et {u_n=\sqrt{\varepsilon_0+\sqrt{\varepsilon_1+\cdots+\sqrt{\varepsilon_n}}}.}
1) Étudier la suite si {(\varepsilon_n)} est constante.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
2) Montrer que {(u_n)} croît.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :
3) Montrer qu’elle converge si et seulement s’il existe {a>1} tel que {\varepsilon_n\leq a^{2^n}} pour tout {n}.
Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 21. (★★★★) convergence ; équivalents ; domination et négligeabilité
Soit {(x_n)} strictement positive telle que {x_n\to0} et {\ln x_n/(x_1+\cdots+x_n)\to a\lt 0}.

Déterminer la limite de {\ln x_n/\ln n}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :

Exercice 22. (★★★★) Cauchy-Schwarz ; monotonie ; intégrabilité
Soient {f,g\in C^0(]0,1],\mathbb{R}_+^\star)} et {u_n=\int_0^1g(t)f(t)^n dt}.

Étudier {(u_{n+1}/u_n)}. Indication : commencer par la limite de {u_n^{1/n}}.

Cliquer ici pour voir (ou cacher) la réponse
Pour voir la suite de ce contenu, vous devez : Pour poursuivre votre exploration, vous pouvez :


Retour aux planches par thème

Author: Jean-Michel Ferrard

Professeur de mathématiques en classe préparatoire aux grandes écoles.