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ExerciceMaths Sup – MPSI, chapitre 10 — Analyse asymptotique et développements limités · Suites et développements asymptotiques

Exercice 44

Démonstration

Soit x0∈ℝx_{0} \in \mathbb{R} et xn+1=xn+e−xnx_{n+1} = x_{n} + \mathrm{e}^{-x_{n}}. Montrer que lim⁡n→+∞xn=+∞\lim\limits_{n \to +\infty} x_{n} = +\infty, puis que exn+1−exn\mathrm{e}^{x_{n+1}} - \mathrm{e}^{x_{n}} tend vers 11, et en déduire que xn=ln⁡n+o(1)x_{n} = \ln n + o(1).

Corrigé

La suite est croissante, puisque e−xn>0\mathrm{e}^{-x_{n}} > 0. Si elle était majorée, elle convergerait vers un réel ℓ\ell tel que ℓ=ℓ+e−ℓ\ell = \ell + \mathrm{e}^{-\ell}, ce qui est impossible : xn→+∞x_{n} \to +\infty. Ensuite exn+1−exn=exn(ee−xn−1)=exn(e−xn+O(e−2xn))=1+O(e−xn)⟶1.\mathrm{e}^{x_{n+1}} - \mathrm{e}^{x_{n}} = \mathrm{e}^{x_{n}}\big(\mathrm{e}^{\mathrm{e}^{-x_{n}}} - 1\big) = \mathrm{e}^{x_{n}}\big(\mathrm{e}^{-x_{n}} + O(\mathrm{e}^{-2x_{n}})\big) = 1 + O(\mathrm{e}^{-x_{n}}) \longrightarrow 1. Par le lemme de Cesàro, exn∼n\mathrm{e}^{x_{n}} \sim n, et en prenant le logarithme, xn=ln⁡n+ln⁡exnnx_{n} = \ln n + \ln\frac{\mathrm{e}^{x_{n}}}{n}, où le second terme tend vers 00. xn=ln⁡n+o(1)\boxed{x_{n} = \ln n + o(1)}

Dans l'édifice

Thèmes

développements asymptotiques, négligeabilité, calcul de limites, suites récurrentes

Notions

suite, négligeable, limite d'une fonction

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