L’essentiel

Définitions et propriétés du cours, pour s’y retrouver

ImportantÀ lire avant d’utiliser cette page

Cette page rassemble les énoncés du cours, sans les activités qui leur donnent du sens, sans les justifications, les exemples ni les méthodes vues en classe. Connaître ces énoncés ne suffit pas : l’essentiel, c’est de savoir les utiliser, et cela s’apprend avec les exemples et les exercices.

Sers-t’en pour retrouver un énoncé ou vérifier que tu peux le redire sans regarder, puis retourne au cours (lien « dans le cours » sous chaque encadré) et aux exercices.

Chapitre 1 — Généralités sur les suites

Qu’est-ce qu’une suite numérique ?

Définition 1.1 — suite numérique

Une suite numérique est une fonction dont le domaine est \(\mathbb{N}\) (les naturels \(0, 1, 2, \ldots\)) ou \(\mathbb{N}_{0}\) (les naturels sans le \(0\) : \(1, 2, 3, \ldots\)). C’est donc une liste ordonnée de nombres réels, où chaque nombre est repéré par sa position.

Générer une suite

Définition 1.2 — formule explicite

Une formule explicite donne le terme \(u_{n}\) directement en fonction de son rang \(n\). Elle permet de calculer n’importe quel terme sans connaître les précédents.

Définition 1.3 — relation de récurrence

Une relation de récurrence (du premier ordre) exprime chaque terme en fonction du précédent. Pour déterminer entièrement la suite, il faut aussi connaître son premier terme.

Variations d’une suite

Définition 1.4 — variation

Soit \((u_{n})\) une suite. On dit qu’elle est

  • croissante si \(\forall n \in \mathbb{N}, u_{n} \leq u_{n+1}\),
  • strictement croissante si \(\forall n \in \mathbb{N},u_{n} < u_{n+1}\) ;
  • décroissante si \(\forall n \in \mathbb{N},u_{n} \geq u_{n+1}\),
  • strictement décroissante si \(\forall n \in \mathbb{N},u_{n} > u_{n+1}\) ;
  • constante si \(\forall n \in \mathbb{N},u_{n} = u_{n+1}\) ;
  • quelconque si elle n’est dans aucun des cinq cas ci-dessus.

Limite d’une suite

Définition 1.5 — limite, convergence

Soit \((u_{n})\) une suite et \(\ell \in \mathbb{R} \cup \{\pm \infty\}\) . On dit que \((u_{n})\) converge vers \(\ell\) (ou que la limite de \((u_{n})\) vaut \(\ell\)) si les termes \(u_{n}\) se rapprochent autant qu’on veut de \(\ell\) lorsque le rang \(n\) est suffisamment grand. On note alors

\[ \lim\limits_{n \to +\infty} u_{n} = \ell. \]

Sinon, on dit que la suite diverge.

Chapitre 2 — Suites arithmétiques

Définition

Définition 2.1 — suite arithmétique

Une suite arithmétique est une suite numérique telle que la différence entre deux termes consécutifs est constante. Cette différence constante est appelée la raison, notée \(r\) :

\[ u_{n+1} - u_{n} = r \quad \text{pour tout} n \in \mathbb{N}. \]

Représentation et variation

Propriété 2.1 — variation d’une suite arithmétique

Soit \((u_{n})\) une suite arithmétique de raison \(r\).

  • si \(r > 0\), la suite est strictement croissante ;
  • si \(r = 0\), la suite est constante ;
  • si \(r < 0\), la suite est strictement décroissante.

Générer une suite arithmétique

Propriété 2.2 — génération

Soit \((u_{n})\) une suite arithmétique de raison \(r\) et de premier terme \(u_{0}\).

  • Relation de récurrence : \(u_{n+1} = u_{n} + r\).
  • Formule explicite : \(u_{n} = u_{0} + n r\).

Propriété 2.3 — d’un terme à un autre

Pour une suite arithmétique de raison \(r\) et pour tous rangs \(n\) et \(p\) :

\[ u_{n} = u_{p} + (n - p) r. \]

Propriété 2.4 — raison à partir de deux termes

Pour une suite arithmétique et deux rangs distincts \(n \neq p\) :

\[ r = \frac{u_{n} - u_{p}}{n - p}. \]

Caractéristiques : variation, limite

Propriété 2.5 — limite d’une suite arithmétique

Soit \((u_{n})\) une suite arithmétique de raison \(r\). Alors

  • si \(r=0\), \(\lim\limits_{n\to +\infty}u_{n}=u_{0}\) ;
  • si \(r>0\), \(\lim\limits_{n\to +\infty}u_{n}=+\infty\) ;
  • si \(r<0\), \(\lim\limits_{n\to +\infty}u_{n}=-\infty\) ;

Somme des \(n\) premiers termes

Propriété 2.6 — somme des \(n\) premiers termes

Soit \((u_{n})\) suite arithmétique de raison \(r\). Alors la somme \(S_{n}\) des \(n\) premiers termes vaut

\[ S_{n} = u_{0} + u_{1} + \ldots + u_{n-1} = \frac{n}{2} (u_{0} + u_{n-1}). \]

Plus généralement, une somme de termes consécutifs vaut

\[ \frac{\text{nombre de termes}}{2} \times (\text{premier terme} + \text{dernier terme}). \]

Chapitre 3 — Suites géométriques

Définition

Définition 3.1 — suite géométrique

Une suite géométrique est une suite numérique telle que le rapport entre deux termes consécutifs est constant (et non nul). Ce rapport constant est appelé la raison, notée \(q\) (pour la distinguer de la raison \(r\) d’une suite arithmétique) :

\[ \frac{u_{n+1}}{u_{n}} = q \quad \text{pour tout} n \in \mathbb{N}. \]

Représentation et variation

Propriété 3.1 — variation d’une suite géométrique

Soit \((u_{n})\) une suite géométrique de premier terme \(u_{0} \neq 0\) et de raison \(q\). Sa variation dépend de la raison \(q\) et du signe du premier terme \(u_{0}\) :

\(q < 0\) \(0 < q < 1\) \(q = 1\) \(q > 1\)
\(u_{0} > 0\) quelconque strict. décroissante constante strict. croissante
\(u_{0} < 0\) quelconque strict. croissante constante strict. décroissante

Générer une suite géométrique

Propriété 3.2 — génération

Soit \((u_{n})\) une suite géométrique de raison \(q\) et de premier terme \(u_{0}\).

  • Relation de récurrence : \(u_{n+1} = q \cdot u_{n}\).
  • Formule explicite : \(u_{n} = u_{0} \cdot q^{n}\).

Propriété 3.3 — d’un terme à un autre

Pour une suite géométrique de raison \(q\) et pour tous rangs \(n\) et \(p\) :

\[ u_{n} = u_{p} \cdot q^{n - p}. \]

Propriété 3.4 — raison à partir de deux termes

Pour une suite géométrique et deux rangs \(n>p\), on a \(q^{n-p} = u_{n} / u_{p}\), d’où :

  • si \(n - p\) est impair : \(q = \sqrt[n-p]{u_{n} / u_{p}}\) ;
  • si \(n - p\) est pair : \(q = \pm \sqrt[n-p]{u_{n} / u_{p}}\).

Caractéristiques : variation, limite

Propriété 3.5 — limite d’une suite géométrique

Soit \((u_{n})\) une suite géométrique de raison \(q\) (et \(u_{0} \neq 0\)).

  • si \(-1 < q < 1\), alors \(\lim\limits_{n\to+\infty} u_{n} = 0\) : la suite converge vers \(0\) ;
  • si \(q = 1\), la suite est constante : elle converge vers \(u_{0}\) ;
  • si \(q > 1\), elle converge vers \(+\infty\) (si \(u_{0} > 0\)) ou \(-\infty\) (si \(u_{0} < 0\)) ;
  • si \(q \leq -1\), la suite diverge (elle n’a pas de limite).

Somme des \(n\) premiers termes

Propriété 3.6 — somme des \(n\) premiers termes

Pour une suite géométrique de raison \(q \neq 1\), la somme des \(n\) premiers termes vaut

\[ S_{n} = u_{0} + u_{1} + \ldots + u_{n-1} = u_{0} \cdot \frac{q^{n} - 1}{q - 1}. \]

(Si \(q = 1\), la suite est constante et \(S_{n} = n \cdot u_{0}\).)