Devoir Libre 3 S1 – 1ère Bac Sciences Mathématiques

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
  1. Montrer que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), le nombre \(n(n^2+5)\) est divisible par 6.
  2. Déterminer le reste de la division euclidienne de \(7^{2024}\) par 5.
  3. 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 \(b = 5n + 2\).

  1. Montrer que \(a\) et \(b\) sont premiers entre eux. (Utiliser une combinaison linéaire).
  2. En déduire le PPCM de \((3n+1)\) et \((5n+2)\).
  3. 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 :

\(\begin{cases} u_0 = 1 \\ u_{n+1} = \frac{5u_n – 1}{u_n + 3} \quad \forall n \in \mathbb{N} \end{cases}\)
  1. Calculer \(u_1\) et \(u_2\).
  2. Montrer par récurrence que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), \(u_n \neq 1\).
  3. 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 \(n\).
  4. Calculer la somme \(S_n = \sum_{k=0}^{n} v_k\).
  5. 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 \(n \in \mathbb{N}\).

  1. Calculer \(x_0, x_1, x_2\). Vérifier qu’ils sont divisibles par 9.
  2. Démontrer par récurrence que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), \(x_n\) est divisible par 9.
  3. En déduire que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), \(4^n + 6n – 1 \equiv 0 \pmod{9}\).

Fin du Devoir Libre 3 – Niveau 1ère Année Bac Sciences Mathématiques