\( \Rightarrow \) On considêre fa suite numérique \( \left(u_{n}\right)_{n \geq 1} \) dêfinie par : \( \left\{\begin{array}{c}u_{1}=\frac{\sqrt{2}}{2} \\ u_{n+1}=\frac{2}{2 \sqrt{2}-u_{n}}\end{array} ;(\forall n \in \mathrm{~N})\right. \) 1) a) Montrer par récurrence que : \( \left(\forall n \in \mathbb{N}^{*}\right) \); \( u_{n}<\sqrt{2} \). 6) Vérifier que : \( \left(\forall n \in \mathbb{N}^{*}\right) ; u_{n+1}-u_{n}=\frac{\left(u_{n}-\sqrt{2}\right)^{2}}{2 \sqrt{2}-u_{n}} \).puis dêterminer la monotomie de fa suite \( \left(u_{n}\right)_{n \geq 1} \). c) Ent déduire que la suite \( \left(u_{n}\right)_{n \geq 1} \) est une suite convergente. 2) On pose : \( \left(\forall n \in \mathbb{N}^{*}\right) ; v_{n}=\frac{u_{n}}{\sqrt{2}-u_{n}} \). a) Montrer que fa suite \( \left(v_{n}\right)_{n \geq 1} \) est arithmétique. b) Exprimer \( v_{n} \) en fonction de \( n \), puis en déduire que : \( \left(\forall n \in \mathbb{N}^{*}\right) ; u_{n}=\sqrt{2}\left(\frac{n}{n+1}\right) \). c) Calculer \( \lim _{n \rightarrow+\infty} u_{n} \) (justifier votre réponse) 3) Soit \( \left(w_{n}\right)_{n \geq 1} \) la suite numérique définie par : \( \left(\forall n \in \mathbb{N}^{*}\right) ; w_{n}=\ln \left(u_{n}\right) \). a) Déterminer \( \lim _{n \rightarrow+\infty} w_{n} \) (justifier votre réponse) 6) On pose : \( S_{n}=w_{1}+w_{2}+\cdots+w_{n} \), pour tout \( n \in \mathbb{N}^{*} \). \( \checkmark \) Montrer que : \( S_{n}=\frac{n}{2} \ln (2)-\ln (n+1) \)
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Solución
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Beyond the Answer
Pour montrer par récurrence que \( u_n < \sqrt{2} \), commençons par vérifier la base d’induction : pour \( n = 1 \), \( u_1 = \frac{\sqrt{2}}{2} < \sqrt{2} \) est vrai. Supposons maintenant que \( u_k < \sqrt{2} \) pour un \( k \) donné. Alors, en utilisant la relation de récurrence, \( u_{k+1} = \frac{2}{2\sqrt{2} - u_k} \), et puisque \( u_k < \sqrt{2} \), cela implique que \( 2\sqrt{2} - u_k > 0 \). Ce qui montre que \( u_k < \sqrt{2} \) entraîne que \( u_{k+1} < \sqrt{2} \). Par récurrence, on conclut que \( u_n < \sqrt{2} \) pour tout \( n \). Pour analyser la monotonie, en utilisant l'expression trouvée \( u_{n+1} - u_n = \frac{(u_n - \sqrt{2})^2}{2\sqrt{2} - u_n} \), nous pouvons voir que cette différence est toujours positive tant que \( u_n < \sqrt{2} \). Ainsi, la suite \( (u_n) \) est croissante. Étant croissante et majorée par \( \sqrt{2} \), elle converge. On peut conclure que la limite de \( u_n \) est effectivement \( \sqrt{2} \).