Suites récurrentes - Construction graphique

Un exercice complet, classique, corrigé et détaillé

Soit la suite (un) définie par u0 = 1 et, pour tout entier n, un+1 = 6 − 5un + 1 .


La suite (un) est définie par récurrence, c'est-à-dire que chaque terme de la suite est défini à partir du précédent:
  • u1 = 6 − 5u0 + 1 :   u0 est défini à partir de de u1
  • u2 = 6 − 5u1 + 1 :   u2 est défini à partir de de u1
  • u3 = 6 − 5u2 + 1 :   u3 est défini à partir de de u2



On a donc un+1 = f (un) avec la fonction f définie sur R \ {−1} par l'expression
f (x) = 6 − 5x + 1 .
Un plan général pour l'étude d'une telle suite récurrente est généralement:
  • Etude de la fonction f (sens de variation …)
  • Représentation graphique des premiers termes de la suite.
    On peut alors "voir", et ainsi conjecturer, le comportement, la limite et certaines propriétés de la suite: son sens de variation, sa convergence et sa limite, influence de la valeur du premier terme u0.
  • Étude plus précise de la suite: on démontre alors les conjectures émises grâce au graphique.
    Sens de variation de la suite ? la suite est-elle bornée ou non ? seulement minorée ou majorée ? Détermination des limites éventuelles de la suite (points fixes), et étude de la convergence.

Exercice
Soit la suite (un) définie par u0 = 1 et, pour tout entier n, un+1 = 6 − 5un + 1 .
On définit la fonction f sur ]−1;+∞[ par l'expression f (x) = 6 − 5x + 1 , et on note Cf sa courbe dans un repère orthogonal du plan.
  1. Étudier le sens de variation de f sur ]−1;+∞[.

  2. Tracer l'allure de la courbe Cf et construire graphiquement, sur l'axe des abscisses, les premiers termes u0, u1, u2 et u3 de la suite (un).
    Quelles conjectures peut-on faire sur la suite (un) ?

  3. Résoudre l'équation x = f (x) .
    On notera α la solution positive de cette équation.

  4. Démontrer par récurrence que, pour tout entier n, on a 0 < un < un+1 < α.
    Que peut-on en déduire quant à la suite (un) ?

  5. Montrer que la suite (un) est convergente. Préciser sa limite.



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