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COURS & EXERCICES DE MATHÉMATIQUES

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Suites - Bac ES/L Pondichéry 2018

Exercice 3 (5 points)

Candidats n'ayant pas suivi l'enseignement de spécialité

On considère la suite (un)\left(u_n\right) définie par u0=65u_0 = 65 et pour tout entier naturel nn :

un+1=0,8un+18.u_{n+1} = 0,8u_n + 18.

  1. Calculer u1u_1 et u2u_2.

  2. Pour tout entier naturel nn, on pose : vn=un90v_n = u_n - 90.

    1. Démontrer que la suite (vn)\left(v_n\right) est géométrique de raison 0,80,8.

      On précisera la valeur de v0v_0.

    2. Démontrer que, pour tout entier naturel nn :

      un=9025×0,8n.u_n = 90 - 25 \times 0,8^n.

  3. On considère l'algorithme ci-dessous :

    algorithme suite géométrique

    1. Recopier et compléter la ligne 3 de cet algorithme afin qu'il détermine le plus petit entier naturel nn tel que un85u_n \geqslant 85.

    2. Quelle est la valeur de la variable nn à la fin de l'exécution de l'algorithme ?

    3. Retrouver par le calcul le résultat de la question précédente en résolvant l'inéquation un85u_n \geqslant 85.

  4. La société Biocagette propose la livraison hebdomadaire d'un panier bio qui contient des fruits et des légumes de saison issus de l'agriculture biologique. Les clients ont la possibilité de souscrire un abonnement de 5252 € par mois qui permet de recevoir chaque semaine ce panier bio.

    En juillet 2017, 6565 particuliers ont souscrit cet abonnement.

    Les responsables de la société Biocagette font les hypothèses suivantes :

    • d'un mois à l'autre, environ 20 % des abonnements sont résiliés ;

    • chaque mois, 1818 particuliers supplémentaires souscrivent à l'abonnement.

    1. Justifier que la suite (un)\left(u_n\right) permet de modéliser le nombre d'abonnés au panier bio le nn-ième mois qui suit le mois de juillet 2017.

    2. Selon ce modèle, la recette mensuelle de la société Biocagette va-t-elle dépasser 4 420 € durant l'année 2018 ? Justifier la réponse.

    3. Selon ce modèle, vers quelle valeur tend la recette mensuelle de la société Biocagette ?

      Argumenter la réponse.

Corrigé

  1. Pour tout entier naturel nn, un+1=0,8un+18u_{n+1} = 0,8u_n + 18, par conséquent : u1=0,8u0+18=0,8×65+18=70u_1 = 0,8 u_0 + 18 = 0,8\times 65 + 18 = 70
    u2=0,8u1+18=0,8×70+18=74u_2 = 0,8 u_1 + 18 = 0,8\times 70 + 18 = 74

    1. Pour tout entier naturel nn :

      vn+1=un+190v_{n+1}=u_{n+1} - 90
      vn+1=0,8un+1890\phantom{v_{n+1}}=0,8 u_n + 18 - 90
      vn+1=0,8un72\phantom{v_{n+1}}=0,8u_n - 72.

      Or vn=un90v_n = u_n - 90 ; donc un=vn+90u_n=v_n+90 ; alors :

      vn+1=0,8(vn+90)72v_{n+1}=0,8 \left ( v_n+90\right ) - 72
      vn+1=0,8vn+7272\phantom{v_{n+1}}=0,8 v_n + 72 - 72
      vn+1=0,8vn\phantom{v_{n+1}}=0,8v_n.

      De plus v0=u090=6590=25v_0=u_0 - 90 = 65 - 90 = - 25 ; par conséquent, la suite (vn)(v_n) est une suite géométrique de premier terme v0=25{v_0= - 25} et de raison q=0,8{q=0,8}.

    2. On en déduit que :

      vn=v0qn=25×0,8nv_n=v_0q^n= - 25 \times 0,8^n.

      Et comme un=vn+90u_n=v_n+90, pour tout entier naturel nn : un=9025×0,8nu_n=90 - 25\times 0,8^{n}.

    1. On souhaite déterminer le plus petit entier naturel nn tel que un85u_n \geqslant 85.

      Pour cela, on doit rester dans la boucle « Tant que » aussi longtemps que unu_n est strictement inférieur à 85.

      On doit donc compléter l'algorithme comme suit :

      algoritme bac correction

    2. On peut programmer l'algorithme sur sa calculatrice ou plus simplement utiliser le menu « Suite » de la calculatrice (ou même le menu « Fonction » en entrant la fonction Y1=9025×0,8 ^XY_1= 90 - 25 \times 0,8\hat~X et un pas de 1) de façon à calculer les premiers termes de la suite.

      On trouve alors :

      u7 =84,8u_ 7 ~= 84,8

      et u8 =85,8u_8 ~= 85,8

      À la fin de l'exécution de l'algorithme, la variable nn contiendra donc la valeur 8.

    3. un859025×0,8n85u_n \geqslant 85 \Leftrightarrow 90 - 25\times 0,8^{n} \geqslant 85
      un8525×0,8n5\phantom{u_n \geqslant 85 } \Leftrightarrow - 25\times 0,8^{n} \geqslant - 5
      un8525×0,8n5\phantom{u_n \geqslant 85 } \Leftrightarrow 25\times 0,8^{n} \leqslant 5
      un850,8n525\phantom{u_n \geqslant 85 }\Leftrightarrow 0,8^{n} \leqslant \dfrac{5}{25}
      un850,8n0,2\phantom{u_n \geqslant 85 }\Leftrightarrow 0,8^{n} \leqslant 0,2

      Comme la fonction ln\ln est strictement croissante sur l'intervalle ]0 ; +[]0~;~+\infty[, on peut appliquer, à chaque membre, la fonction ln\ln :

      un85ln(0,8n)ln0,2u_n \geqslant 85 \Leftrightarrow \ln \left ( 0,8^{n} \right )\leqslant \ln 0,2
      un85n×ln0,8ln0,2\phantom{u_n \geqslant 85}\Leftrightarrow n \times \ln 0,8 \leqslant \ln 0,2

      On divise chaque membre par ln0,8 \ln 0,8 qui est strictement négatif ; il faut donc changer le sens de l'inégalité :

      un85nln0,2ln0,8u_n \geqslant 85 \Leftrightarrow n \geqslant \dfrac{\ln 0,2}{\ln 0,8}

      Or ln0,2ln0,87,21\dfrac{\ln 0,2}{\ln 0,8} \approx 7,21 ; le plus petit entier nn vérifiant l'inégalité est donc bien n=8n=8.

    1. Notons ana_n le nombre d'abonnés au panier bio le nn-ième mois qui suit le mois de juillet 2017.

      En juillet 2017, 65 particuliers avaient souscrit l'abonnement, donc a0=65a_0=65.

      Une diminution de 20% correspond à un coefficient multiplicateur de 120100=0,8{1 - \dfrac{20}{100}=0,8} ; on ajoute ensuite les 18 nouveaux abonnés.

      On a donc :

      an+1=0,8an+60. a_{n+1}=0,8a_n+60.

      Les suites (un)(u_n) et (an)(a_n) sont définies par la même relation de récurrence et le même premier terme ; elles sont donc identiques.

      La suite (un)\left(u_n\right) permet donc bien de modéliser le nombre d'abonnés au panier bio le nn-ième mois qui suit le mois de juillet 2017.

    2. Puisque le prix d'un abonnement est 5252 € par mois, la recette mensuelle pour le mois nn est 52un52 u_n euros.

      On cherche donc à résoudre l'inéquation 52un>4 42052 u_n > 4~420. Or :

      52un>4 420un>4 42052un>8552 u_n > 4~420 \Leftrightarrow u_n > \dfrac{4~420}{52} \Leftrightarrow u_n > 85.

      Et d'après la question 3 ceci produit pour n=8n=8 soit 8 mois après le mois de juillet 2017 c'est à dire en mars 2018.

      La recette mensuelle dépassera donc 4 420 € durant l'année 2018.

    3. La suite (vn)(v_n) est une géométrique de raison q=0,8q=0,8. Comme 0<0,8<10<0,8<1, la suite (vn)(v_n) converge vers 0.

      Or, pour tout entier naturel nn, un=vn+90u_n=v_n+90 donc limn+un=90\lim\limits_{n \rightarrow +\infty}u_n=90.

      Au cours du temps le nombre d'abonnés se rapprochera de 9090.

      La recette mensuelle de la société Biocagette tendra donc vers 52×90=4 68052 \times 90= 4~680 €.