Première Algèbre suitesrécurrencemonotonieconvergence

Suites — généralités

Définition d'une suite numérique, modes de définition, sens de variation, monotonie et premières propriétés.

Qu’est-ce qu’une suite ?

Une suite numérique est une fonction définie sur N\mathbb{N} (ou une partie de N\mathbb{N}) à valeurs dans R\mathbb{R}.

On note :

  • (un)n∈N(u_n)_{n \in \mathbb{N}} la suite
  • unu_n le terme de rang nn (ou terme général)

Modes de définition

Formule explicite (terme général)

Le terme unu_n est donné directement en fonction de nn.

Exemple : un=3n2−2n+1u_n = 3n^2 - 2n + 1

On peut calculer immédiatement n’importe quel terme : u10=300−20+1=281u_{10} = 300 - 20 + 1 = 281.

Définition par récurrence

On donne le premier terme u0u_0 (ou u1u_1) et une relation liant un+1u_{n+1} à unu_n.

Exemple : u0=2u_0 = 2 et un+1=un2+1u_{n+1} = \dfrac{u_n}{2} + 1

u0=2,u1=2,u2=2,…u_0 = 2,\quad u_1 = 2,\quad u_2 = 2,\quad \ldots

Pour calculer unu_n, il faut connaître tous les termes précédents.


Sens de variation

Une suite (un)(u_n) est :

SensCondition
croissanteun+1−un≥0u_{n+1} - u_n \geq 0 pour tout nn
strictement croissanteun+1−un>0u_{n+1} - u_n > 0 pour tout nn
décroissanteun+1−un≤0u_{n+1} - u_n \leq 0 pour tout nn
constanteun+1−un=0u_{n+1} - u_n = 0 pour tout nn

Méthode : Calculer un+1−unu_{n+1} - u_n, puis étudier son signe.
Si les termes sont positifs, on peut aussi étudier un+1un\dfrac{u_{n+1}}{u_n} et le comparer à 1.

Exemple : un=nn+1u_n = \dfrac{n}{n+1}

un+1−un=n+1n+2−nn+1=(n+1)2−n(n+2)(n+2)(n+1)=1(n+2)(n+1)>0u_{n+1} - u_n = \frac{n+1}{n+2} - \frac{n}{n+1} = \frac{(n+1)^2 - n(n+2)}{(n+2)(n+1)} = \frac{1}{(n+2)(n+1)} > 0

La suite est strictement croissante.


Suite majorée, minorée, bornée

  • (un)(u_n) est majorée si ∃M∈R\exists M \in \mathbb{R} tel que un≤Mu_n \leq M pour tout nn.
  • (un)(u_n) est minorée si ∃m∈R\exists m \in \mathbb{R} tel que un≥mu_n \geq m pour tout nn.
  • (un)(u_n) est bornée si elle est à la fois majorée et minorée.

Exemple : un=nn+1u_n = \dfrac{n}{n+1}

On a 0≤un<10 \leq u_n < 1 pour tout n≥0n \geq 0 : la suite est bornée.


Raisonnement par récurrence

Pour démontrer qu’une propriété P(n)P(n) est vraie pour tout n≥n0n \geq n_0 :

  1. Initialisation : Vérifier que P(n0)P(n_0) est vraie.
  2. Hérédité : Supposer P(n)P(n) vraie pour un certain n≥n0n \geq n_0 (hypothèse de récurrence), puis montrer que P(n+1)P(n+1) est vraie.
  3. Conclusion : Par le principe de récurrence, P(n)P(n) est vraie pour tout n≥n0n \geq n_0.

Exemple : Montrer que un=2n−1u_n = 2^n - 1 vérifie u0=0u_0 = 0 et un+1=2un+1u_{n+1} = 2u_n + 1.

  • Init : u0=20−1=0u_0 = 2^0 - 1 = 0 ✓
  • Hérédité : 2un+1=2(2n−1)+1=2n+1−2+1=2n+1−1=un+12u_n + 1 = 2(2^n - 1) + 1 = 2^{n+1} - 2 + 1 = 2^{n+1} - 1 = u_{n+1} ✓

Limite d’une suite (introduction)

Une suite (un)(u_n) converge vers ℓ∈R\ell \in \mathbb{R} si unu_n se rapproche arbitrairement de ℓ\ell quand n→+∞n \to +\infty. On note :

lim⁡n→+∞un=ℓ\lim_{n \to +\infty} u_n = \ell

Une suite diverge si elle n’admet pas de limite finie.

SuiteLimite
un=1nu_n = \dfrac{1}{n}00
un=n2u_n = n^2+∞+\infty
un=(−1)nu_n = (-1)^npas de limite
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