Sujet 11 - Exercice 1

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On définit, pour tout entier naturel n n\ , la suite (un) \left(u_n\right)\ par : un=nn2+1+nn2+2+⋯+nn2+nu_n=\frac{n}{n^2+1}+\frac{n}{n^2+2}+\cdots +\frac{n}{n^2+n}
Question 1

Etudier la nature de la suite (un) \left(u_n\right)\ .

Correction
Lorsque l'on nous demande d'étudier la nature d'une suite, il faut indiquer si la suite est convergente ou divergente.
On définit, pour tout entier naturel n n\ la suite (un) \left(u_n\right)\ par : un=nn2+1+nn2+2+⋯+nn2+nu_n=\frac{n}{n^2+1}+\frac{n}{n^2+2}+\cdots +\frac{n}{n^2+n}
Nous pouvons donc écrire que : un=∑k=1nnn2+ku_n=\sum_{k = 1}^n \dfrac{n}{n^2+k}
Or :
1≤k≤n1\le k\le n
n2+1≤n2+k≤n2+nn^2+1\le n^2+k\le n^2+n
1n2+1≥1n2+k≥1n2+n\frac{1}{n^2+1}\ge \frac{1}{n^2+k}\ge \frac{1}{n^2+n}
1n2+n≤1n2+k≤1n2+1\frac{1}{n^2+n}\le \frac{1}{n^2+k}\le \frac{1}{n^2+1}
nn2+n≤nn2+k≤nn2+1\frac{n}{n^2+n}\le \frac{n}{n^2+k}\le \frac{n}{n^2+1}
∑k=1nnn2+n≤∑k=1nnn2+k≤∑k=1nnn2+1\sum_{k = 1}^n\frac{n}{n^2+n}\le \sum_{k = 1}^n\frac{n}{n^2+k}\le \sum_{k = 1}^n\frac{n}{n^2+1}
∑k=1nnn2+n≤un≤∑k=1nnn2+1\sum_{k = 1}^n\frac{n}{n^2+n}\le u_n\le \sum_{k = 1}^n\frac{n}{n^2+1}
    Soit α\alpha un réel . Pour tout entier naturel nn, on a :
  • ∑k=0nα=(n+1)α\sum^n_{k=0}{\alpha=\left(n+1\right)\alpha}   \; ou encore   \;∑k=1nα=nα\sum^n_{k=1}{\alpha=n\alpha}
n×nn2+n≤un≤n×nn2+1n\times\frac{n}{n^2+n}\le u_n\le n\times\frac{n}{n^2+1}
n2n2+n≤un≤n2n2+1\frac{n^2}{n^2+n}\le u_n\le \frac{n^2}{n^2+1}
D’une part :\text{\blue{D'une part :}}
lim⁡n→+∞n2n2+n=lim⁡n→+∞n2n2=1\lim\limits_{n\to +\infty } \frac{n^2}{n^2+n}=\lim\limits_{n\to +\infty } \frac{n^2}{n^2}=1
D’autre part :\text{\blue{D'autre part :}}
lim⁡n→+∞n2n2+1=lim⁡n→+∞n2n2=1\lim\limits_{n\to +\infty } \frac{n^2}{n^2+1}=\lim\limits_{n\to +\infty } \frac{n^2}{n^2}=1
D'après le théorème des gendarmes
lim⁡n→+∞un=1\lim\limits_{n\to +\infty } u_{n} =1

La suite (un) \left(u_n\right)\ converge vers 11 .

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