Vrai/Faux : Suites — modélisation et cas subtils

[enonce]
Pour chaque affirmation suivante, indiquez si elle est Vraie ou Fausse. Attention, certaines situations demandent un raisonnement attentif !
[/enonce]

[etape]
On considère une grandeur qui augmente chaque année de $20\%$. On note $u_n$ sa valeur au bout de $n$ années, avec $u_0$ la valeur initiale.

Affirmation : La suite $(u_n)$ est une suite géométrique de raison $q = 1{,}2$.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Correct !
Une augmentation de $20\%$ correspond à une multiplication par $1 + \dfrac{20}{100} = 1{,}2$ :

$u_{n+1} = u_n \times 1{,}2$

La suite est bien géométrique de raison $1{,}2$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
Une augmentation de $t\%$ se traduit par une multiplication par $1 + \dfrac{t}{100}$. Ici, le coefficient multiplicateur est $1{,}2$, appliqué chaque année : c'est une suite géométrique.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. Augmenter de $20\%$ revient à multiplier par $1{,}2$ : $u_{n+1} = 1{,}2 \times u_n$ définit une suite géométrique de raison $1{,}2$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Un prix subit une augmentation de $10\%$, puis une diminution de $10\%$.

Affirmation : Après ces deux évolutions, le prix revient à sa valeur initiale.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bonne réponse !
Augmenter de $10\%$ revient à multiplier par $1{,}1$, diminuer de $10\%$ revient à multiplier par $0{,}9$. Le coefficient global est :

$1{,}1 \times 0{,}9 = 0{,}99$

Le prix final vaut $99\%$ du prix initial : il y a une perte de $1\%$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Le piège classique : les pourcentages ne s'additionnent pas. Augmenter puis diminuer du même pourcentage revient à multiplier par $1{,}1 \times 0{,}9 = 0{,}99$, donc une diminution globale de $1\%$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. Le coefficient global est $1{,}1 \times 0{,}9 = 0{,}99$ : le prix final vaut $99\%$ du prix initial, pas $100\%$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
On place $1\,000$ € sur un compte à intérêts composés au taux annuel de $3\%$. On note $C_n$ le capital au bout de $n$ années.

Affirmation : Pour tout entier naturel $n$, $C_n = 1\,000 \times 1{,}03^n$.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Exactement !
Chaque année, le capital est multiplié par $1{,}03$ (ajout des intérêts de $3\%$ au capital existant) :

$C_{n+1} = C_n \times 1{,}03$

Avec $C_0 = 1\,000$, on a donc $C_n = 1\,000 \times 1{,}03^n$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
Pour des intérêts composés, le capital croît de façon géométrique (multiplication par $1{,}03$ chaque année), pas de façon arithmétique. Le terme général est $C_n = C_0 \times q^n$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. Avec un taux de $3\%$ appliqué chaque année, $C_{n+1} = 1{,}03 \times C_n$, d'où $C_n = 1\,000 \times 1{,}03^n$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Soit $(u_n)$ une suite arithmétique de premier terme $u_0 = -10$ et de raison $r = 3$.

Affirmation : Tous les termes de la suite sont strictement négatifs.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bravo !
On a $u_n = -10 + 3n$. Cherchons quand $u_n \geqslant 0$ :

$-10 + 3n \geqslant 0 \iff n \geqslant \dfrac{10}{3} \approx 3{,}33$

Dès $n = 4$, $u_4 = -10 + 12 = 2 > 0$. Les termes ne sont donc pas tous négatifs.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Une suite arithmétique de raison positive augmente indéfiniment : même si le premier terme est négatif, elle finit par devenir positive.
$u_4 = -10 + 4 \times 3 = 2 > 0$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. La raison $r = 3$ fait croître la suite indéfiniment : dès $n = 4$, $u_4 = 2 > 0$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Soit la suite $(v_n)$ définie sur $\mathbb{N}$ par $v_n = 3 \times 2^n + 5$.

Affirmation : La suite $(v_n)$ n'est ni arithmétique, ni géométrique.

[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]C'est bien ça !
Calcul des premiers termes : $v_0 = 8$, $v_1 = 11$, $v_2 = 17$, $v_3 = 29$.
- Différences : $3$, $6$, $12$ — non constantes, donc pas arithmétique.
- Rapports : $\dfrac{11}{8}$, $\dfrac{17}{11}$ — non égaux, donc pas géométrique.

La suite n'est donc ni l'une, ni l'autre.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
La présence de $2^n$ et d'une constante rend la suite « mixte » : ni la différence $v_{n+1} - v_n$, ni le rapport $\dfrac{v_{n+1}}{v_n}$ ne sont constants.
$v_0 = 8$, $v_1 = 11$, $v_2 = 17$ : différences $3, 6$ ; rapports $\dfrac{11}{8}, \dfrac{17}{11}$.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est vraie. Différences $(3; 6; 12; \dots)$ non constantes, rapports $\left(\dfrac{11}{8}; \dfrac{17}{11}; \dots\right)$ non constants : la suite n'est ni arithmétique, ni géométrique.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Une population de poissons est modélisée par la relation suivante : chaque année, elle augmente de $5\%$ puis on relâche $5$ poissons supplémentaires. On note $P_n$ la population au bout de $n$ années.

Affirmation : La suite $(P_n)$ est une suite arithmétique.

[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Tu as raison !
La relation de récurrence est :

$P_{n+1} = 1{,}05 \times P_n + 5$

La différence $P_{n+1} - P_n = 0{,}05 \times P_n + 5$ dépend de $P_n$ : elle n'est pas constante, donc la suite n'est pas arithmétique.
Par ailleurs, le rapport $\dfrac{P_{n+1}}{P_n} = 1{,}05 + \dfrac{5}{P_n}$ n'est pas non plus constant : la suite n'est pas géométrique.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Le piège : ce n'est pas parce que la population augmente chaque année que la suite est arithmétique. Une suite arithmétique exige une augmentation constante, pas une combinaison de multiplication et d'addition.
$P_{n+1} = 1{,}05 P_n + 5$ : ni arithmétique, ni géométrique.[/reponse]
[/qcm]

[solution]
Cette affirmation est fausse. La relation $P_{n+1} = 1{,}05 P_n + 5$ combine multiplication et addition : la différence $P_{n+1} - P_n$ n'est pas constante, la suite n'est pas arithmétique.
[/solution]
[/etape]

Questions sur le cours : Suites arithmétiques et géométriques

  1. Qu'est-ce qu'une suite arithmétique ? Qu'est-ce que la raison d'une suite arithmétique ?
  2. Quelle formule permet de calculer le $ n $-ième terme d'une suite arithmétique dont on connait le premier terme $ u_{0} $ et la raison $ r $ ?
  3. Quelle formule permet de calculer le $ n $-ième terme d'une suite arithmétique dont on connait un terme quelconque $ u_{k} $ et la raison $ r $ ?
  4. Comment sont situés les points qui représentent une suite arithmétique dans un repère ?
  5. À quelle condition une suite arithmétique est-elle strictement croissante ? strictement décroissante ?
  6. Qu'est-ce qu'une suite géométrique ? Qu'est-ce que la raison d'une suite géométrique ?
  7. Quelle formule permet de calculer le $ n $-ième terme d'une suite géométrique dont on connait le premier terme $ u_{0} $ et la raison $ r $ ?
  8. Quelle formule permet de calculer le $ n $-ième terme d'une suite géométrique dont on connait un terme quelconque $ u_{k} $ et la raison $ q $ ?
  9. À quelle condition une suite géométrique de raison et de premier terme strictement positifs est-elle strictement croissante ? strictement décroissante ?

Corrigé

  1. Une suite est arithmétique si chaque terme s'obtient en ajoutant au précédent un nombre réel constant. Cette constante que l'on additionne s'appelle la raison.
  2. $ u_{n}=u_{0}+n\times r $
  3. $ u_{n}=u_{k}+\left(n - k\right)\times r $
  4. Le nuage de points qui représente une suite arithmétique est formé de points alignés.
  5. Une suite arithmétique est strictement croissante si et seulement si sa raison est strictement positive.

    Une suite arithmétique est strictement décroissante si et seulement si sa raison est strictement négative.
  6. Une suite est géométrique si chaque terme s'obtient en multipliant le précédent par un nombre réel constant. Cette constante multiplicative s'appelle la raison.
  7. $ u_{n}=u_{0}\times q^{n} $
  8. $ u_{n}=u_{k}\times q^{n - k} $
  9. Une suite géométrique de raison et de premier terme strictement positifs est strictement croissante si et seulement si sa raison est strictement supérieure à 1.

    Une suite géométrique de raison et de premier terme strictement positifs est strictement décroissante si et seulement si sa raison est strictement comprise entre 0 et 1.

Pour réviser : Calculer un terme d'une suite arithmétique