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Exercice 2

Amérique du Nord • Jour 2 • 21 mai 2026

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Exercice 2

Partie A : étude du sens de variation d'une fonction

On considère la fonction $f$ définie sur $\mathbb{R}$ par

$$f(x)=\dfrac{2x}{\sqrt{1+x^2}}$$
  1. Résoudre l'équation $f(x)=x$.
    1. On admet que la fonction $f$ est dérivable sur $\mathbb{R}$.

      Vérifier que, pour tout réel $x$, on a $f'(x)=\dfrac{2}{(1+x^2)\sqrt{1+x^2}}$.
    2. En déduire le sens de variation de la fonction $f$ sur $\mathbb{R}$.

Partie B : étude de la convergence d'une suite récurrente

La suite $(u_n)$ est définie par $u_0=1$ et, pour tout entier naturel $n$, $u_{n+1}=f(u_n)$.

  1. Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel $n$, on a $1 \leqslant u_n \leqslant u_{n+1} < \sqrt{3}$.
  2. En déduire que la suite $(u_n)$ converge et déterminer sa limite.
  3. Le but de cette question est de retrouver par une autre méthode les résultats de la question 2 de la partie B.

    Pour tout entier naturel $n$, on pose $v_n=\dfrac{u_n^2}{3-u_n^2}$. On admet que la suite $(v_n)$ est bien définie.
    1. Démontrer que la suite $(v_n)$ est une suite géométrique de raison $4$ dont on précisera le premier terme.
    2. En déduire une expression de $v_n$ en fonction de $n$ puis que $u_n=\sqrt{\dfrac{1{,}5 \times 4^n}{1+0{,}5 \times 4^n}}$ pour tout entier naturel $n$.
    3. En déduire la limite de la suite $(u_n)$.

Partie C : étude de la convergence de la somme de termes

Pour tout entier naturel $n$ non nul, on pose $S_n=u_0^2+u_1^2+\ldots+u_{n-1}^2$.

  1. Recopier et compléter le script Python ci-dessous afin que celui-ci permette de lister les $p$ premiers termes de la suite $(S_n)$.
    from math import *
    
    def termes(p):
        u = ...
        S = 0
        L = []
        for i in range(p):
            S = ...
            u = ...
            L.append(S)
        return L

    Remarque : L = [] crée une liste vide ; L.append(S) ajoute $S$ à la fin de la liste.

  2. On rappelle que, pour tout entier naturel $k$, on a $1 \leqslant u_k \leqslant \sqrt{3}$.

    Démontrer que, pour tout entier naturel $n$ non nul, on a $n \leqslant S_n \leqslant 3n$.
  3. En déduire les limites respectives de $S_n$ et de $\dfrac{S_n}{n^2}$ lorsque $n$ tend vers $+\infty$.

Concepts abordés

Chapitres principaux

Suites et Limites
Dérivation et convexité

Notions détaillées

Suites géométriques Suites récurrentes Raisonnement par récurrence Étude de fonctions Algorithme Python

Amérique du Nord 21 mai 2026 J2