Pour {a\in\mathbb R} , on note {u(a)} la suite {u_n(a)=(1+1/n)^{n+a}} , {n\geq1} . On sait que {u_n(a)\to e} . L’exercice étudie la position des termes par rapport à {e} et leur monotonie. Les questions [P] utilisent Python.
1. (a) [P] Écrire u(n,a) calculant {u_n(a)} .
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1. (b) [P] Écrire plotu(p,q,a), traçant les points {(n,u_n(a))} pour {p\leq n\lt q} .
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1. (c) [P] Tracer les quarante premiers points pour {a=0,4} et {a=0,5} . Conjecturer la monotonie.
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1. (d) [P] Étudier expérimentalement la monotonie pour {a=0,49} .
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1. (e) [P] On admet que {u(0,499)} est d’abord décroissante, puis croissante. Déterminer son minimum et son rang.
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2. À l’aide d’un développement asymptotique, discuter la position de {u_n(a)} par rapport à {e} pour {n} grand.
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Pour {x>0} , on pose {F(x)=1/\ln(1+1/x)-x} .
3. (a) Montrer que {F} est strictement croissante. Indication : dans {F'} , poser {x=1/(e^t-1)} , {t>0} .
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3. (b) En déduire que {u(a)} est majorée par {e} si et seulement si {a\leq1/\ln2-1} , et minorée par {e} si et seulement si {a\geq1/2} .
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4. (a) Écrire une fonction d’arguments {m,n,a} traçant les points {(k,u_k(a))} , pour {m\leq k\leq n} .
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4. (b) Conjecturer la monotonie pour {a\in\{0,5;0,4;0,49\}} .
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Fixons {a\in\mathbb R} et posons {G(x)=(1+1/x)^{x+a}} pour {x\geq1} .
5. (a) Étudier les variations de {H} définie par {x(x+1)G'(x)=G(x)(H(x)-a)} .
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5. (b) En déduire les variations de {G} et la monotonie de {u(a)} .
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