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Les parties de cet exercice sont indépendantes et chacune d'entre elles peut être réalisée seul(e) ou en groupe. Les élèves mettent leurs résultats en commun pour résoudre le problème.
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Énoncé
On cherche à étudier la convergence éventuelle des suites (Sn) et (Tn) définies pour tout entier n⩾1 par : Sn=k=1∑nk1 et Tn=k=1∑nk21.
Questions préliminaires :
1. Calculer à la main S1 ; S2 ; S3 ; S4 ; T1 ; T2 ; T3 et T4. On donnera les résultats sous forme d'une fraction irréductible.
2. Les suites (Sn) et (Tn) semblent-elles convergentes ou divergentes ?
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Partie 1
1. Compléter le programme en Python ci-dessous
permettant, pour un entier n donné, de déterminer Sn et Tn.
def ST(n):
S = 0
T = 0
for i in range (..., ...):
S = S + ...
T = T + ...
return(S, T)
2. Quelles valeurs sont alors affichées lorsque n=10 ? n=100 ?
n=10000 ? n=1000000 ? n=10000000 ?
3. Conjecturer la convergence des suites (Sn) et (Tn).
4. Compléter le programme pour obtenir l'écart entre Sn et Tn. Quelle conjecture peut-on faire sur cet écart ?
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Partie 2
1. Montrer que (Sn) est strictement croissante.
2. On a tracé ci-dessus la courbe représentative
Cf de la fonction f définie sur ]0;+∞[ par
f(x)=x1 ainsi que plusieurs rectangles. a. À partir d'un raisonnement portant sur les aires,
montrer que Sn<1+∫1nx1dx.
b. Par un raisonnement analogue, démontrer que :
Sn>∫1n+1x1dx.
c. La suite (Sn) converge-t-elle ? Justifier.
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Partie 3
1. Montrer que (Tn) est strictement croissante.
2. On a tracé ci-dessus la courbe représentative
Cg de la fonction f définie sur ]0;+∞[ par
g(x)=x21 ainsi que plusieurs rectangles.
a. À partir d'un raisonnement portant sur les aires,
montrer que Tn<1+∫1nx21dx.
b. Par un raisonnement analogue, démontrer que :
Tn>∫1n+1x21dx.
c. La suite (Tn) converge-t-elle ? Justifier.
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Mise en commun
Les suites (Sn) et (Tn) sont-elles convergentes ou divergentes ? Ce résultat était-il prévisible ?