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Niveau Prepa (autre)
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fonctions et suites

Posté par
Manonzel
28-02-24 à 16:04

Bonjour, je suis actuellement en première année de classe préparatoire et ait des difficultés à faire mon DM de mathématiques qui mélange les chapitres suivants: suites/fonctions/continuité/dérivées

Exercice 1.
Partie A: Etude d'une fonction
On considère la fonction définie sur ]0; 1[ par :
f :x→ ln(1−x) /ln(x)
1. Montrer que f est dérivable sur ]0; 1[ et que l'on a :
∀x ∈]0; 1[, f′(x) = 1/ (x(x − 1)(ln(x))^2) * (−xln(x) − (1 − x)ln(1 − x))
2. Justifier que :∀t ∈]0; 1[, tln(t) < 0 .
3. En déduire que la fonction f est strictement croissante sur ]0; 1[
4. Montrer que la fonction f est prolongeable par continuité en 0 .On notera f ̃ la fonction ainsi prolongée en 0. Préciser f(0)
5. Montrer que f ̃ est dérivable en 0 (à droite en fait) .
6. Calculer la limite de f en 1 . Que peut-on en déduire pour la courbe représentative de f ?
7. Tracer enfin la courbe représentative de f en faisant apparaitre la tangente en 0 .

Partie B : Etude d'une suite
On note, pour tout n ∈ N∗; (En) l'équation : x^n + x − 1 = 0 .
8. Soit n∈N*.Etudier les variations surR+, de la fonction g:x→x^n+x−1.
9. En déduire que l'équation (En) admet une unique solution sur R+que l'on notera un.
10. Montrer que pour tout entier naturel n non nul, un appartient à l'intervalle ]0;1[ .
11. Déterminer u1et u2.
12. Montrer que, pour tout n ∈ N*,f(un) = n .
13. En déduire que la suite (un)n∈N∗ est croissante.
14. Montrer enfin que la suite (un)n∈N∗ est convergente et déterminer sa limite.

Voici mon sujet.

Pour la partie A, j'ai réussi à faire les questions 1/2/3/4/6
J'ai cependant des difficultés à la question 5, je sais qu'il faut regarder la limite du taux d'accroissement de la fonction f ̃ en 0 mais je trouve ln(1-x)/ln(x)*1/x donc une FI et ne voit pas comment je pourrais la contourner.
J'ai aussi un problème à la question 7 car j'ai réussi à tracer la courbe représentative de f mais ne voit pas comment je pourrait faire apparaitre sa tangente en 0 puisqu'elle n'est pas définie en ce point.

Pour le partie B, j'ai réussi à faire les questions 8 est 9.
mais j'ai beaucoup de mal avec la suite des questions.
Tout d'abord pour la 10, d'après l'intitulé de la question j'aurais tendance à vouloir faire une récurrence mais je ne vois pas comment cela est possible.
Pour la question 11, grâce à l'équation j'ai réussi à trouver que
u1 = 1/2 mais je n'arrive pas à trouver u2.
Pour la question 12, il faut faire une récurrence mais je n'ai absolument aucune idée de comment il faut procéder et cela me bloque pour répondre aux deux dernières questions.

Voila les points ou j'ai des difficultés, si vous pouviez m'indiquer les démarches à suivre pour pouvoir continuer mon DM je vous en serais très reconnaissante.
Merci par avance,
Cordialement,
Manon le gendre

Posté par
lafol Moderateur
re : fonctions et suites 28-02-24 à 16:41

Bonjour
pour la question 10, utilise le tableau de variations effectué à la question 8, mets-y s'ils n'y sont pas encore le 0 et le 1 dans la ligne de x.

Posté par
lafol Moderateur
re : fonctions et suites 28-02-24 à 16:44

pour la question 7, la tangente en 0 découlera du résultat de la question 5

Posté par
lafol Moderateur
re : fonctions et suites 28-02-24 à 16:46

pour u_2, tu es consciente que tu es en train de nous dire qu'en classe prépa tu ne sais pas résoudre x²+x-1=0 et en garder la solution positive ? tu as appris à faire ça en classe de première, non ?

Posté par
lafol Moderateur
re : fonctions et suites 28-02-24 à 16:48

pour la 12, pas de récurrence, juste utiliser la propriété fondamentale de ln, après avoir remarqué que 1-u_n est égal à ???

Posté par
Manonzel
re : fonctions et suites 09-03-24 à 12:37

Bonjour, merci pour vos réponses.
j'ai donc réussi les questions sur lesquelles j'avais des difficultés sauf la question 5 car je n'ai toujours pas réussi à résoudre la FI.
j'ai aussi plusieurs questions concernant les questions 13 et 14. Pour la 13, je ne suis pas très sure de mon raisonnement. Vous m'aviez dit de ne pas utiliser la récurrence mais je me suis tout de même servie du fait que f(un+1) = n + 1. A partir de la, j'ai indiqué que n<n+<1  donc que f(un)<f(un+1) et que comme f était croissante alors un<un+1 donc un+ 1 - un > 0 donc finalement la suite un est bien croissante. Pour la question 14, la suite un est donc croissante et majorée par 1 donc elle converge vers un réel l (que je pense être 1) mais je ne sais pas si cela suffit, je pensais au début utiliser la théorie du point fixe mais il n'est pas mentionné que f(un) = un+ 1.
Merci encore pour votre aide.

Posté par
malou Webmaster
re : fonctions et suites 09-03-24 à 13:17

Bonjour

Une remarque : pour moi, question 1
Tu n'as pas répondu à la question...on ne te demande pas de calculer la dérivée, on te demande de montrer qu'elle est dérivable...

Je ne faisais que passer.

Posté par
carpediem
re : fonctions et suites 09-03-24 à 13:49

salut

et pour 5/ : f(x) = \dfrac {\ln(1 - x)} {x \ln x} = \dfrac {\ln(1 - x) - \ln(1 - 0)} {x - 0} \times \dfrac 1 {\ln x} ... qui ne semble pas donner pas la réponse

mais la règle de l'Hospital oui ...

Posté par
carpediem
re : fonctions et suites 09-03-24 à 13:56

pour la suite je reviendrai plus tard ... avec cependant une remarque : ce n'est pas parce qu'il y a des suites qu'il y a toujours de la récurrence !!

Posté par
Manonzel
re : fonctions et suites 09-03-24 à 14:15

bonjour,
pour la question 1, j'ai bien montré que la fonction était dérivable sur l' intervalle et ensuite calculé sa dérivée.
pour la question 5, je n'ai pas encore vu cette règle donc cela m'étonnerai que je sois obligée de l'utiliser mais beh vais me renseigner.
merci

Posté par
carpediem
re : fonctions et suites 09-03-24 à 14:34

alors pour 5/ ça me semble bien difficile sans la règle de l'Hospital .

pour 7/ n'oublie pas 4/ (d'ailleurs que trouves-tu ?) sinon il n'y aurait pas de question 5/ !!!

et de plus je t'invite à tracer f sur geogebra, ce qui te permet de savoir ce que tu dois trouver pour 5/

ha et j'y pense pour 5/ : alors faire un dl de ln (1 - x) en 0 ...

Posté par
Panurge
re : fonctions et suites 10-03-24 à 12:24

Bonjour,
On peut se passer de DL et de la règle de l'Hospital.
f'(0)=\Lim _{h\rightarrow 0 }\frac{f(0+h)-f(0)}{h}=\Lim _{h\rightarrow 0 }\frac{ln(1-h)}{ln(h).h}=\Lim _{h\rightarrow 0 }\frac {ln(1-h)}{h}.\frac{1}{ln(h)}

En posant h_{-}= -h :
\Lim _{h\rightarrow 0 }\frac {ln(1-h)}{h} =\Lim _{h_{-}\rightarrow 0 }-(\frac {ln(1+h_{-})}{h_{-}})=\Lim _{h_{-}\rightarrow 0 }- (\frac {ln(1+h_{-})-ln(1)}{h_{-}}) =-(ln(x))'_{x=1}=-(\frac{1}{x})_{x=1}=-1

\Lim _{h\rightarrow 0 }\frac {1}{ln(h)} =0_{-}
 \\ d'où f'(0)=(-1).0=0



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