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Suites — Terminale

Convergence, divergence, suites récurrentes, théorèmes de convergence et raisonnement par récurrence.

Limite d’une suite

Une suite (un)(u_n) converge vers ℓ∈R\ell \in \mathbb{R} si :

∀ε>0,  ∃N∈N,  ∀n≥N:∣un−ℓ∣<ε\forall \varepsilon > 0,\; \exists N \in \mathbb{N},\; \forall n \geq N : |u_n - \ell| < \varepsilon

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

Divergence : (un)(u_n) diverge vers +∞+\infty si pour tout MM, un>Mu_n > M à partir d’un certain rang.


Théorèmes de convergence

Suite monotone bornée : Toute suite croissante et majorée (ou décroissante et minorée) est convergente.

Théorème des gendarmes : Si an≤un≤bna_n \leq u_n \leq b_n et lim⁡an=lim⁡bn=ℓ\lim a_n = \lim b_n = \ell, alors lim⁡un=ℓ\lim u_n = \ell.


Limites usuelles

lim⁡n→+∞nk=+∞(k>0)lim⁡n→+∞qn=0(∣q∣<1)\lim_{n \to +\infty} n^k = +\infty \quad (k > 0) \qquad \lim_{n \to +\infty} q^n = 0 \quad (|q| < 1)

lim⁡n→+∞qn=+∞(q>1)lim⁡n→+∞n=+∞\lim_{n \to +\infty} q^n = +\infty \quad (q > 1) \qquad \lim_{n \to +\infty} \sqrt{n} = +\infty

lim⁡n→+∞1nk=0(k>0)\lim_{n \to +\infty} \frac{1}{n^k} = 0 \quad (k > 0)


Suites récurrentes un+1=f(un)u_{n+1} = f(u_n)

Méthode d’étude :

  1. Chercher les points fixes : f(ℓ)=ℓf(\ell) = \ell
  2. Étudier la monotonie de la suite par récurrence
  3. Conclure sur la convergence (théorème suite monotone bornée)
  4. Identifier la limite comme un point fixe

Exemple : u0=1u_0 = 1, un+1=12un+1u_{n+1} = \dfrac{1}{2}u_n + 1

Point fixe : ℓ=12ℓ+1  ⟹  ℓ=2\ell = \dfrac{1}{2}\ell + 1 \implies \ell = 2

Posons vn=un−2v_n = u_n - 2 : vn+1=12vnv_{n+1} = \dfrac{1}{2}v_n → suite géométrique de raison 12\dfrac{1}{2}.

vn=(u0−2)(12)n=−(12)n→0v_n = (u_0 - 2)\left(\dfrac{1}{2}\right)^n = -\left(\dfrac{1}{2}\right)^n \to 0, donc un→2u_n \to 2.


Comparaison exponentielle/polynôme

lim⁡n→+∞qnnk=+∞(q>1, k∈N)lim⁡n→+∞nkqn=0(∣q∣<1)\lim_{n\to+\infty} \frac{q^n}{n^k} = +\infty \quad (q > 1,\, k \in \mathbb{N}) \qquad \lim_{n\to+\infty} n^k q^n = 0 \quad (|q| < 1)

L’exponentielle l’emporte sur tout polynôme.


Suite arithmético-géométrique

un+1=aun+bu_{n+1} = au_n + b (a≠1a \neq 1). Point fixe ℓ=b1−a\ell = \dfrac{b}{1-a}.

vn=un−ℓv_n = u_n - \ell est géométrique de raison aa : un=ℓ+(u0−ℓ)anu_n = \ell + (u_0 - \ell)a^n.

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