Terminale · Chapitre 10

Suites (III) — Convergence monotone

Exercices corrigés — suite bornée, sens de variation, théorème de convergence monotone.
Ex. 1 — Suite bornée Ex. 2 — Sens de variation Ex. 3 — Variation d'un quotient Ex. 4 — Convergence monotone Ex. 5 — Croissante non majorée
Chaque exercice se traite d'abord seul, puis se corrige en cliquant sur le bouton vert. Les corrections détaillent chaque étape du raisonnement.
Exercice 1
Suite bornée

On considère la suite définie pour $n\geqslant 1$ par $u_n=\dfrac{n}{n+1}$.

Montrer que la suite $(u_n)$ est bornée.

On encadre $u_n$.

Pour tout $n\geqslant 1$, $u_n=\dfrac{n}{n+1}>0$, donc $(u_n)$ est minorée par $0$.

De plus $\dfrac{n}{n+1}=1-\dfrac{1}{n+1}<1$, donc $(u_n)$ est majorée par $1$.

Ainsi $0bornée.

Exercice 2
Sens de variation

On considère la suite définie par $u_n=n^2-n$.

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

On étudie le signe de $u_{n+1}-u_n$.

\[ u_{n+1}-u_n=\big[(n+1)^2-(n+1)\big]-\big[n^2-n\big]=(n^2+n)-(n^2-n)=2n. \]

Pour tout $n\geqslant 0$, $2n\geqslant 0$, donc la suite $(u_n)$ est croissante.

Exercice 3
Variation d'un quotient

On considère la suite définie pour $n\geqslant 1$ par $u_n=\dfrac{n}{n+1}$.

Démontrer que la suite $(u_n)$ est croissante.

On calcule $u_{n+1}-u_n$.

\[ u_{n+1}-u_n=\frac{n+1}{n+2}-\frac{n}{n+1}=\frac{(n+1)^2-n(n+2)}{(n+2)(n+1)}=\frac{1}{(n+2)(n+1)}. \]

Pour tout $n\geqslant 1$, ce quotient est strictement positif, donc $u_{n+1}-u_n>0$.

La suite $(u_n)$ est donc croissante.

Exercice 4
Convergence monotone

La suite $(u_n)$ est définie par $u_0=0$ et $u_{n+1}=\dfrac{1}{2}u_n+3$. On admet que $(u_n)$ est croissante et que $0\leqslant u_n\leqslant 6$ pour tout $n$.

  1. Justifier que la suite $(u_n)$ converge.
  2. Déterminer sa limite.

a. Théorème de convergence monotone.

La suite $(u_n)$ est croissante et majorée par $6$. Or toute suite croissante et majorée converge : $(u_n)$ converge donc vers un réel $L$, avec $L\leqslant 6$.

b. On passe à la limite dans la relation de récurrence.

\[ L=\frac{1}{2}L+3 \iff \frac{1}{2}L=3 \iff L=6. \]

La suite $(u_n)$ converge donc vers $6$.

Exercice 5
Croissante non majorée

On considère la suite définie par $u_0=1$ et $u_{n+1}=u_n+n$. On admet que la suite $(u_n)$ est croissante et non majorée.

Déterminer la limite de la suite $(u_n)$.

On applique le théorème de convergence monotone (cas non majoré).

La suite $(u_n)$ est croissante et non majorée.

Or toute suite croissante et non majorée diverge vers $+\infty$.

Donc $\displaystyle\lim_{n\to+\infty}u_n=+\infty$.