Etude d'une suite définie implicitement

Un problème, une question, un nouveau théorème ?
Rex38

Etude d'une suite définie implicitement

Message par Rex38 » 31 janv. 2016 12:21

Bonjour à tous, j'ai besoin d'aide pour un devoir maison qui me pose problème ;)

Voici l'énoncé :

On considère l'équation (E) : tanx = x

1.a) Prouver que pour tout $ n\in\mathbb{Z} $, l'équation (E) admet une unique solution, notée $ x_n $ dans l'intervalle $ I_n = ]-\frac{\pi}{2} +n\pi , \frac{\pi}{2} +n\pi[ $
b) Vérifier que pour tout n entier, on a : $ -x_n = x_{-n} $

2. On suppose désormais n strictement positif. On définit ainsi la suite $ (x_n)_{n\in\mathbb{N*}} $ des solutions de (E) dans $ \mathbb{R^{+*}} $
Vérifier que l'on a pour tout $ n\in\mathbb{N^*}, n\pi < x_n < \frac{\pi}{2} +n\pi $. En déduire un équivalent de $ x_n $ au voisinage de $ +\infty $

3.a) Pour tout $ n\in\mathbb{N^*} $, on pose $ x_n = n\pi(1 + \alpha_n) $. Justifier cette écriture et donner la limite de la suite $ (\alpha_n)__{n\in\mathbb{N^*}} $.
b) Prouver que pour tout $ n\in\mathbb{N^*}, arctan(x_n) = n\pi\alpha_n $
c) En déduire un équivalent de $ \alpha_n $ au voisinage de $ +\infty $
Montrer qu'il existe une constante a réelle telle que : $ x_n = n\pi + a + o(1) $ lorsque n tend vers $ +\infty $. On donnera la valeur de a.



Pour la question 1.a) j'ai montrer que f(x) = tanx - x admet une unique solution égale à 0 (j'ai dérivé f(x), j'ai montré que f était strictement croissante et donc d'après le théorème de la bijection......).

Pour la question 1.b) j'aurais bien raisonné par récurrence, mais je ne sais pas quoi faire de ce $ x_n $

Merci d'avance pour votre aide :D

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Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par darklol » 31 janv. 2016 12:41

La fonction tan est impaire, tu n'as plus qu'à te servir de l'unicité de $ x_n $.
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Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par Phoenens » 31 janv. 2016 13:22

Pour l'équivalent, ça donne quoi si tu divises ton inégalité (question 2) par $ n\pi $ des deux côtés? ;)

Pour la question 3, essaye de chercher un peu et dis nous ce qui te pose problème.

Magnéthorax

Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par Magnéthorax » 31 janv. 2016 15:08

Rex38 a écrit :Bonjour à tous, j'ai besoin d'aide pour un devoir maison qui me pose problème ;)

Voici l'énoncé :

On considère l'équation (E) : tanx = x

1.a) Prouver que pour tout $ n\in\mathbb{Z} $, l'équation (E) admet une unique solution, notée $ x_n $ dans l'intervalle $ I_n = ]-\frac{\pi}{2} +n\pi , \frac{\pi}{2} +n\pi[ $
b) Vérifier que pour tout n entier, on a : $ -x_n = x_{-n} $

2. On suppose désormais n strictement positif. On définit ainsi la suite $ (x_n)_{n\in\mathbb{N*}} $ des solutions de (E) dans $ \mathbb{R^{+*}} $
Vérifier que l'on a pour tout $ n\in\mathbb{N^*}, n\pi < x_n < \frac{\pi}{2} +n\pi $. En déduire un équivalent de $ x_n $ au voisinage de $ +\infty $

3.a) Pour tout $ n\in\mathbb{N^*} $, on pose $ x_n = n\pi(1 + \alpha_n) $. Justifier cette écriture et donner la limite de la suite $ (\alpha_n)__{n\in\mathbb{N^*}} $.
b) Prouver que pour tout $ n\in\mathbb{N^*}, arctan(x_n) = n\pi\alpha_n $
c) En déduire un équivalent de $ \alpha_n $ au voisinage de $ +\infty $
Montrer qu'il existe une constante a réelle telle que : $ x_n = n\pi + a + o(1) $ lorsque n tend vers $ +\infty $. On donnera la valeur de a.



Pour la question 1.a) j'ai montrer que f(x) = tanx - x admet une unique solution égale à 0 (j'ai dérivé f(x), j'ai montré que f était strictement croissante et donc d'après le théorème de la bijection......).

Pour la question 1.b) j'aurais bien raisonné par récurrence, mais je ne sais pas quoi faire de ce $ x_n $

Merci d'avance pour votre aide :D
Je serais vous, je re-réfléchirais bien à la toute première question, sinon l'ensemble de l'exercice risque de vous échapper complètement. Avez-vous remarqué que $ 0 $ n'est pas dans l'intervalle $ I_{2016} $ ? Avez-vous dessiné la courbe de la fonction tangente et la droite impliquée dans votre problème ?

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Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par Ckronikks » 31 janv. 2016 15:16

Ah oui en effet si tu conclus dès la premiere ligne que l'equation tan(x)-x=0 a pour unique solution 0 c'est assez compliqué de continuer l'exercice.
Je te conseille de tracer la fonction tan(x) (motif assez repetitif), puis tu trace la droite f(x)=x et tu observe LES points d'intersection entre tan et x. Je pense que tu comprendras mieux l'exercice en ayant ça en tete.
Taupe (201)5

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Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par darklol » 31 janv. 2016 15:24

Je pense que quand il dit "f(x) = tanx - x admet une unique solution égale à 0", il entendait "f(x) = 0 admet une unique solution". Enfin j'imagine, c'est vrai que sa formulation est pas très claire maintenant que vous le faites remarquer, mais bizarrement ça m'a pas choqué au premier abord. Si c'est pas le cas, alors en effet il y a un sérieux problème...
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Rex38

Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par Rex38 » 31 janv. 2016 17:37

Merci pour vos réponses ;)

Oui je me suis mal exprimé pour la question 1.a), du coup ça voulait plus rien dire pour la suite ...

Pour la question 1.b) je ne comprend toujours pas comment faire pour arriver à cette égalité. Comme la fonction tangente est impaire $ tan(-x_n)= - tanx_n = -x_n $
Par contre je ne vois pas comment on peut avoir $ x_{-n} $

Pour la question 2) comment je démontre $ n\pi < x_n < \frac{\pi}{2} +n\pi $ ? On sait que $ x_n $ définit sur $ In = ]- \frac{\pi}{2} +n\pi, \frac{\pi}{2} +n\pi[ $ et on nous dit que $ (x_n) $ est la suite des solution de (E) dans $ R^{+*} $ Du coup le $ -\frac{\pi}{2} $ à été retiré pour que $ x_n $ soit toujours strictement positif ?
Pour trouver l’équivalent, en divisant par $ n\pi $ de chaque côté je trouve finalement : $ 1 < x_n < \frac{1+2n}{2n}=1+\frac{1}{2n} $
Donc au voisinage de $ +\infty $, $ x_n $ est équivalent à 1 (je suis vraiment pas sure que les équivalences fonctionnent comme ça)

Pour la 3.a) j'ai réutilisé la question 2) en remplaçant $ x_n $ par l'expression donnée et j'ai finalement trouvé $ 0 < x_n < \frac{1}{2n} $ donc $ \lim_{n\to +\infty} (\alpha_n) = 0 $

Par contre pour la 3.b) je ne sais pas comment faire... Je bloque toujours quand il y a des arctan

Merci d'avance ;)

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Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par darklol » 31 janv. 2016 18:36

Ok tu as $ tan(-x_n) = -x_n $ : ça signifie précisément que $ -x_n $ est solution de l'équation $ tan(x)=x $. Or tu viens de montrer qu'il y avait unicité de la solution de cette équation sur chaque $ I_n $. Il ne te reste plus qu'à localiser $ -x_n $ en sachant que par définition, $ x_n \in I_n $ et conclure.

Pour la question 2): que peux tu dire (pour un $ n $ fixé) du signe strict de $ x \longmapsto tan(x) - x $ en $ n \pi $ et de sa limite en $ \frac{\pi}{2} + n \pi $? En utilisant le théorème de la bijection que tu as l'air de connaître, conclus quant à une localisation plus précise de $ x_n $.

Enfin: j'aimerais que tu me donnes la définition de "$ u_n $ équivalent à $ v_n $" pour deux suites $ u $ et $ v $ (disons que ces deux suites ne s'annulent plus à partir d'un certain rang). Puis à partir de là, corrige ce que tu as dis (déjà en divisant correctement dans l'inégalité ça serait préférable) et donne le véritable équivalent de $ x_n $.

On verra la suite plus tard.
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Rex38

Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par Rex38 » 31 janv. 2016 19:59

Pour la question 1.b) : j'ai trouvé que l'équation (E) admet une unique solution $ -x_n $ dans l'intervalle $ I_n = ]-\frac{\pi}{2} - n\pi, \frac{\pi}{2} - n\pi[ $ mais je ne vois pas en quoi ça m'aide à montrer que $ -x_n = x_{-n} $.

Pour la question 2, en $ n\pi, f(n\pi) = tan n\pi - n\pi = -n\pi $ donc strictement négatif par contre je ne comprend pas la suite....

Un est équivalent Vn ssi \frac{Un}{Vn} est une suite qui converge vers 1. J'ai compris mon erreur, on trouve $ 1 < \frac{x_n}{n\pi} < 1+\frac{1}{2n} $ donc d'après le théorème des gendarmes, $ \frac{x_n}{n\pi} $ converge vers 1 et $ x_n $est equivalent à $ n\pi $


Merci encore :)

Magnéthorax

Re: Etude d'une suite définie implicitement

Message par Magnéthorax » 31 janv. 2016 20:16

1b. Soit $ n $ un entier naturel. D'après 1a., l'équation $ (E) $ possède une unique solution dans l'intervalle $ ]-\frac{\pi}{2}+(-n)\pi,\frac{\pi}{2}+(-n)\pi[ $ qui est, par définition, le réel noté ...
Or, la fonction tangente étant impaire, l'égalité $ \tan(x_n)=x_n $ implique l'égalité ...
On en déduit ...

2. Faites le tableau de variation de $ f $ sur l'intervalle $ I_n $ ($ n\geq 1 $) : placez les images de $ x_n $ et $ n\pi $ dans le tableau (au niveau des flèches de variation). Observez et déduisez-en que vous avez nécessairement l'inégalité $ n\pi<x_n $. Ce nouvel encadrement de $ x_n $ qu'on vous demande de justifier n'est pas utile pour déduire un équivalent simple : le fait de savoir que $ x_n $ est dans $ I_n $ suffit. C'est peut-être utile plus tard dans l'exercice.
Dernière modification par Magnéthorax le 01 févr. 2016 14:39, modifié 4 fois.

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