Devoir Libre N°3 – Semestre 1
Arithmétique & Suites – Filière d’Excellence
Mathématiques
1ère Année Bac Sciences Mathématiques
Nom et Prénom : …………………………………………………………… Classe : ………… Note : …….. / 20
Exercice 1 : Arithmétique dans \(\mathbb{Z}\) (8 points)
Partie A : Divisibilité et Congruence
- Montrer que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), le nombre \(n(n^2+5)\) est divisible par 6.
- Déterminer le reste de la division euclidienne de \(7^{2024}\) par 5.
- Résoudre dans \(\mathbb{Z}^2\) l’équation : \(x^2 – y^2 = 12\).
Partie B : Nombres Premiers et PGCD
Soit \(n\) un entier naturel non nul. On pose \(a = 3n + 1\) et \(b = 5n + 2\).
- Montrer que \(a\) et \(b\) sont premiers entre eux. (Utiliser une combinaison linéaire).
- En déduire le PPCM de \((3n+1)\) et \((5n+2)\).
- Déterminer les entiers naturels \(n\) tels que \(n+2\) divise \(3n+11\).
Exercice 2 : Suites et Récurrence (7 points)
On considère la suite numérique \((u_n)\) définie par :
\(\begin{cases} u_0 = 1 \\ u_{n+1} = \frac{5u_n – 1}{u_n + 3} \quad \forall n \in \mathbb{N} \end{cases}\)
- Calculer \(u_1\) et \(u_2\).
- Montrer par récurrence que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), \(u_n \neq 1\).
- On pose \(v_n = \frac{1}{u_n – 1}\) pour tout \(n \in \mathbb{N}\).
a) Montrer que \((v_n)\) est une suite arithmétique dont on déterminera la raison et le premier terme.
b) Exprimer \(v_n\) puis \(u_n\) en fonction de \(n\). - Calculer la somme \(S_n = \sum_{k=0}^{n} v_k\).
- Étudier la monotonie de la suite \((u_n)\).
Exercice 3 : Défi Arithmétique & Suites (5 points)
On définit une suite d’entiers \((x_n)\) par \(x_n = 4^n + 15n – 1\) pour tout \(n \in \mathbb{N}\).
- Calculer \(x_0, x_1, x_2\). Vérifier qu’ils sont divisibles par 9.
- Démontrer par récurrence que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), \(x_n\) est divisible par 9.
- En déduire que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), \(4^n + 6n – 1 \equiv 0 \pmod{9}\).
