Exercices corrigés - suites - Python et Langage C - TD5

11 Feb 2017 11 Feb 2017 44309 vues ESSADDOUKI Mostafa 19 min de lecture

Exercices : Suites numériques et approximations

Cette série d'exercices explore les suites numériques, les approximations de constantes et les fonctions mathématiques à travers des algorithmes itératifs et récursifs.

Thèmes abordés Ces exercices mobilisent des techniques de calcul d'approximations, de suites récurrentes, de séries alternées, et de récursivité pour des problèmes mathématiques classiques.
 Exercice 1

Constante de Catalan

 Niveau : Intermédiaire

On se propose de calculer une valeur approchée de la constante K de Catalan en utilisant la formule suivante :

Constante de Catalan

Écrire une fonction val_app(epsilon) qui permet de retourner une valeur approchée de la constante K en utilisant la formule ci-dessus et en s'arrêtant dès que la valeur absolue de la différence entre deux sommes successives devient inférieure ou égale à une erreur epsilon donnée en paramètre.

Exemple
Entrée
epsilon = 0.05
Sortie
0.928889
 Exercice 2

Approximation de cos(x)

 Niveau : Intermédiaire

Soit la formule suivante qui permet de déterminer une valeur approchée de cos(x) :

Approximation de cos(x)

Écrire une fonction Calcul_cos(x) qui permet de :

  • Saisir un réel x appartenant à l'intervalle [-1, 1]
  • Calculer et afficher une valeur approchée de cos(x) en utilisant la formule donnée. Le calcul s'arrête lorsque la différence entre deux termes consécutifs devient inférieure à 10-4.
 Exercice 3

Suite de Syracuse (3n+1)

 Niveau : Intermédiaire

Soit la suite U définie par :

  • U₀ est un entier positif pris au hasard (avec 3 < U₀ < 40)
  • Uₙ = Uₙ₋₁/2 si Uₙ₋₁ est pair, sinon Uₙ = 3×Uₙ₋₁ + 1 (n > 0)

Cette suite aboutit au cycle redondant formé par les trois termes 4, 2, 1 à partir d'un certain rang.

  Exemple

Pour U₀ = 3 : 3 → 10 → 5 → 16 → 8 → 4 → 2 → 1 → 4 → 2 → 1...
La suite entre dans le cycle 4,2,1 à partir du 6ème terme (rang = 6).

Écrire une fonction permettant de déterminer le rang à partir duquel la suite U aboutit au cycle redondant 4, 2 et 1.

 Exercice 4

Limite d'une suite

 Niveau : Intermédiaire

Écrivez un programme permettant de calculer la limite à epsilon près de la suite définie par la relation de récurrence :

  • U₀ = 2
  • Uₙ₊₁ = Uₙ + 2/Uₙ , n ≥ 0

On arrête d'itérer quand l'intervalle entre deux termes consécutifs devient strictement inférieur à epsilon.

 Exercice 5

Suite récurrente linéaire

 Niveau : Intermédiaire

Écrivez un programme Python permettant de calculer le n-ième terme de la suite définie par :

  • F₀ = 1, F₁ = 2
  • Fₙ = 4 × Fₙ₋₁ + 3 × Fₙ₋₂ (n ≥ 2)
 Exercice 6

Suite de Fibonacci (récursive)

 Niveau : Débutant

La suite de Fibonacci est définie comme suit :

Suite de Fibonacci

Écrire une fonction récursive calculant Fib(n).

 Exercice 7

Suite récurrente d'ordre 2

 Niveau : Intermédiaire

Soit la suite définie par :

Suite récurrente

Écrire une fonction récursive permettant de calculer le n-ième terme de la suite.

 Exercice 8

Suites couplées U et V

 Niveau : Avancé

Soient u et v les deux suites définies par :

Suites couplées

Écrire deux fonctions CalculerU(a, b, n) et CalculerV(a, b, n) pour calculer respectivement les deux termes Uₙ et Vₙ des deux suites.

 Exercice 9

Puissance rapide (exponentiation rapide)

 Niveau : Intermédiaire

Considérons la méthode suivante pour calculer Xⁿ :

Puissance rapide

n/2 représente la division entière de n par 2.

Écrire une fonction récursive pour calculer Xⁿ.

Récapitulatif

ExerciceFonctionnalitéMéthode clé
1 - Constante de CatalanApproximation par série alternéeItération avec test de convergence
2 - Approximation de cos(x)Série de TaylorCalcul des termes successifs
3 - Suite de SyracuseConjecture de CollatzItération jusqu'au cycle 4,2,1
4 - Limite d'une suiteSuite divergenteItération jusqu'à convergence
5 - Suite récurrente linéaireCalcul de termesItératif et récursif avec mémoïsation
6 - FibonacciSuite classiqueRécursif avec/sans mémoïsation
7 - Suite d'ordre 2Récurrence linéaireRécursif et itératif
8 - Suites coupléesRécursivité mutuelleFonctions s'appelant mutuellement
9 - Puissance rapideExponentiation rapideDiviser pour régner
Points clés à retenir
  • Les séries alternées permettent d'approcher des constantes mathématiques.
  • La conjecture de Syracuse est un problème ouvert fascinant.
  • La mémoïsation optimise considérablement les fonctions récursives.
  • La récursivité mutuelle permet de modéliser des systèmes couplés.
  • L'exponentiation rapide est un exemple classique de diviser pour régner.
Sortie
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