Modèles d’évolution : exercice n°1

Dans un laboratoire, on cultive des bactéries artificielles.

Le premier jour de l’étude, la culture compte 6000 cellules.

Un test mené sur cette culture prouve que 15 % des cellules disparaissent chaque jour. On décide alors d’ajouter 3000 cellules chaque jour dans la culture.

On note  u_n le nombre de bactéries présentes dans la culture le jour n. On a alors u_0=6000.

1.a.Calculer u_{1} et u_{2}.

1.b. Montrer que la suite u_n n’est ni géométrique, ni arithmétique.

On admet dans la suite de l’exercice que u_{n+1}=0.85\times u_n+3000

2. On considère la suite v_n définie par v_{n}=u_n-20000.

a. Calculer v_0 et démontrer que la suite  (v_n) est géométrique de raison 0.85 .

b. Pour tout entier naturel n, exprimer  v_n  en fonction de n  puis montrer que u_n=-14000\times 0.85^n+20000 

3. Est-il correct d’affirmer que le nombre de bactéries contenues dans la culture aura triplé au bout de 4 semaines ?

4. Calculer lim_{n\to +\infty} u_n. Interpréter le résultat dans le contexte de l’exercice.

Comme le nombre de bactéries  diminue de 15% d’une semaine sur l’autre, cela reviendrait à multiplier par 1-\frac{15}{100} soit 0.85 .

Puis il ne faut pas oublier d’ajouter les 3000 bactéries supplémentaires.

u_1=0.85\times u_0+3000\\\hspace{0.45cm}=0.85\times 6000+3000\\\hspace{0.45cm}=8100

 

Comme le nombre de bactéries  diminue de 15% d’une semaine sur l’autre, cela reviendrait à multiplier par 1-\frac{15}{100} soit 0.85 .

Puis il ne faut pas oublier d’ajouter les 3000 bactéries supplémentaires.

u_2=0.85\times u_1+3000\\u_2=0.85\times 8100+3000\\\hspace{0.45cm}=6885+3000\\\hspace{0.45cm}=9885

La suite  (u_{n}) n’est pas arithmétique car u_1-u_0 \ne u_2-u_1 .

En effet,

u_1-u_0=8100-6000=2100

et u_2-u_1 =9885-8100=1785.

Remarque : pour montrer qu’une suite n’est pas arithmétique montrer que u_1-u_0 \ne u_2-u_1 suffit.

En revanche, on ne peut pas démontrer qu’une suite est arithmétique en montrant que  u_1-u_0 = u_2-u_1  

La suite  (u_{n}) n’est pas géométrique car \frac{u_1}{u_0} \ne \frac{u_2}{u_1} .

En effet,

\frac{u_1}{u_0}=\frac{8100}{6000}=1.35

et \frac{u_2}{u_1}=\frac{9885}{8100}=1.22.

Remarque : pour montrer qu’une suite n’est pas géométrique il suffit de montrer que \frac{u_1}{u_0} \ne \frac{u_2}{u_1} .

En revanche, on ne peut pas démontrer qu’une suite est arithmétique en montrant que \frac{u_1}{u_0} = \frac{u_2}{u_1}

 

 

Pour calculer v_0 il faut remplacer tous les n par 0 dans l’écriture v_n=u_n-20000 .

v_0=u_0-20000 

Puis on remplace u_0 par 6000 dans v_0=u_0-20000 .

v_0=6000-20000 

\hspace{0.45cm}=-14000 

Pour montrer que la suite (v_n) est géométrique de raison 0.85, nous allons prouver l’égalité suivante v_{n+1}=0.85\times v_n.

On part du premier membre v_{n+1}, on le transforme pour arriver au second membre 0.85\times v_n.

v_{n+1}=u_{n+1}-20000 . On exprime v_{n+1} en fonction de u_{n+1}

\hspace{0.75cm}=(0.85\times u_{n}+3000)-20000 . On exprime u_{n+1} en fonction de u_{n}

\hspace{0.75cm}=0.85\times u_{n}-17000 . On réduit la somme.

Ensuite on met en facteur le coefficient par lequel u_n est multiplié , ici 0.85.

Remarque : 17000=0.85\times 20000

\hspace{0.75cm}=0.85(u_{n}-20000)

\hspace{0.75cm}=0.85\times v_n

Donc la suite (v_n) est géométrique de raison 0.85.

 

 

Pour montrer que la suite (v_n) est géométrique de raison 0.85, nous allons prouver l’égalité suivante \frac{v_{n+1}}{v_n}=0.85.

On part du  membre \frac{v_{n+1}}{v_n}, on le transforme pour arriver au second membre 0.85.

\frac{v_{n+1}}{v_n}=\frac{u_{n+1}-20000}{u_n-20000} . On exprime v_{n+1} en fonction de u_{n+1} et v_{n} en fonction de u_{n}.

\hspace{0.7cm}=\frac{(0.85\times u_n+3000)-20000}{u_n-20000} . On exprime u_{n+1} en fonction de u_{n}

\hspace{0.7cm}=\frac{0.85\times u_n-17000}{u_n-20000} . On réduit la somme au numérateur.

Ensuite on met en facteur au numérateur le coefficient par lequel u_n est multiplié , ici 0.85.

Remarque : 17000=0.85\times 20000

\hspace{0.7cm}=\frac{0.85\times( u_n-20000)}{u_n-20000}

On simplifie en haut et en bas par u_n-20000

\hspace{0.7cm}=0.85

Donc la suite (v_n) est géométrique de raison 0.85.

 

 

On veut montrer que u_n=-14000\times 0.85^n+20000

Nous avons montré précédemment que la suite v_n est une suite géométrique de raison 0.85 et de premier terme -14000.

On remplace q par 0.85 et v_0 par -14000 dans v_n=v_0\times q^n.

v_n=-14000\times 0.85^n

On sait que v_n=u_n-20000 que l’on peut écrire aussi u_n-20000=v_n.

u_n-20000=v_n

On ajoute 20000 de chaque côté.

u_n=v_n+20000

On remplace v_n par -14000\times 0.85^n.

\hspace{0.5cm}=-14000\times 0.85^n+20000

On a bien montré que u_n=-14000\times  0.85^n+20000

Nous allons calculer le nombre de bactéries le 28 ième jour, c’est-à-dire au bout de 4 semaines.

Pour cela, on calcule  u_{28} en remplaçant tous les n par 28 dans l’expression u_n=-14000\times 0.85^n+20000

u_{28}=-14000\times 0.85^{28}+20000

u_{28}=19852.

Au bout de quatre semaines, la production journalière atteint les 19852 bactéries.

Comme il y avait 6000 bactéries au premier jour, oui on peut dire que la production a triplé en quatre semaines.

lim_{n\to +\infty} u_n=lim_{n\to +\infty} -14000\times 0.85^n+20000

On calcule la limite d’une somme.

lim_{n\to +\infty} -14000\times 0.85^n=0

car il s’agit d’une suite géométrique de raison 0.85 et de premier terme -14000 et que -1<0.85<1.

lim_{n\to +\infty} 20000=20000

car 20000 ne dépend pas de n.

Donc lim_{n\to +\infty} u_n = 20000

On interprète : au bout d’un grand nombre de jours, le nombre de bactéries se stabilisera à 20000.

Réponse:

\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{HG}.

Résoudre graphiquement f(x)=1

C’est une autre façon de demander de déterminer graphiquement les antécédents de 1.

Je place 1 sur l’axe des ordonnées, je trace alors la parallèle à l’axe des abscisses passant par 1 toute entière. Je repère les points d’intersection avec la courbe. Les abscisses de ces points sont les antécédents de 1.

Les antécédents sont -2 et 2.

Donc S=\{-2;2\}

Remarque : comme on demande de résoudre une équation, il faut écrire ainsi l’ensemble des solutions.