Ce cours sur les suites numériques pour la 1ère Bac Sc Ex traite des suites arithmétiques et géométriques, de la monotonie, des suites bornées et du raisonnement par récurrence, avec exercices corrigés. Retrouvez les autres leçons dans la catégorie 1Bac Sc Ex.
Cours de suites numériques 1ère Bac
Les Suites Numériques
Définitions, monotonie, suites arithmétiques et géométriques, sommes.
corrigés
1Activités d’introduction
- Formule de récurrence : donner \(U_0, U_1, U_2, U_3\) ; comment passe-t-on de \(U_n\) à \(U_{n+1}\) ? En déduire \(U_4, U_5, U_6\) puis \(U_{10}, U_{100}, U_{200}\).
- Formule explicite : trouver une formule donnant directement \(U_n\) en fonction de \(n\).
Calculer \(U_1, U_2, U_3, U_{10}, U_{100}, U_{200}\), puis trouver la plus petite valeur de \(n\) telle que \(U_n < 100\).
Modèle concret : un club de 200 membres perd 5% chaque mois et gagne 5 nouvelles inscriptions.
Calculer \(V_1, V_2, V_3, V_{10}, V_{100}, V_{200}\). Que remarque-t-on par rapport à la suite \(U\) de l’activité 2 ?
Société B : 3500 Dh le 1er mois, +3% chaque mois.
Soient \(a_n\) et \(b_n\) les salaires du \(n\)-ième mois.
- Calculer les salaires des 4 premiers mois pour A et B.
- Trouver une relation entre \(a_{n+1}\) et \(a_n\), puis entre \(b_{n+1}\) et \(b_n\).
- Calculer les salaires du 10ᵉ mois pour A et B.
- Quelle société est la plus bénéfique ?
2Définitions et notations
La suite se note \((u_n)_{n \in \mathbb{N}}\) ou simplement \((u_n)\).
- \((u_n)_{n \in \mathbb{N}}\) définie par \(u_n = \frac{1}{n+2}\) : \(u_0 = \frac{1}{2}\), \(u_1 = \frac{1}{3}\), \(u_2 = \frac{1}{4}\), …
- \((v_n)_{n \ge 3}\) définie par \(v_n = \frac{1}{n-2}\) : \(v_3 = 1\), \(v_4 = \frac{1}{2}\), \(v_5 = \frac{1}{3}\), …
3Générer une suite
3.1 Suite définie par une expression explicite
- \(u_0 = 3\), \(u_1 = 5\), \(u_2 = 7\), \(u_3 = 9\).
- \(u_{n+1} – u_n = (2(n+1)+3) – (2n+3) = 2\) (constant).
3.2 Suite définie par une expression récurrente
- \(u_0 = 2\)
- \(u_1 = 5 \times 2 – 7 = 3\)
- \(u_2 = 5 \times 3 – 7 = 8\)
- \(u_3 = 5 \times 8 – 7 = 33\)
- \(v_2 = 2(-1) – 3(1) = -5\)
- \(v_3 = 2(-5) – 3(-1) = -7\)
- \(v_4 = 2(-7) – 3(-5) = 1\)
4Suites majorées, minorées, bornées
- \((u_n)\) est majorée s’il existe \(M \in \mathbb{R}\) tel que \(\forall n, u_n \le M\).
- \((u_n)\) est minorée s’il existe \(m \in \mathbb{R}\) tel que \(\forall n, m \le u_n\).
- \((u_n)\) est bornée si elle est à la fois majorée et minorée.
- \(1 – u_n = \frac{n}{2n+1} \ge 0\), donc \(u_n \le 1\).
- \(u_n – \frac{1}{2} = \frac{1}{2(2n+1)} > 0\), donc \(u_n > \frac{1}{2}\).
- Donc \(\frac{1}{2} < u_n \le 1\) : la suite est bornée.
Soit \((u_n)\) définie par \(u_{n+1} = u_n^2 + 2u_n + 2\) et \(u_0 = -1\). Calculer \(u_1\) et montrer que \((u_n)\) est minorée par 1.
Voir la solution
\(u_1 = (-1)^2 + 2(-1) + 2 = 1\).
\(u_{n+1} – 1 = u_n^2 + 2u_n + 1 = (u_n + 1)^2 \ge 0\). Donc \(u_{n+1} \ge 1\) pour tout \(n\).
La suite \((u_n)\) est minorée par 1.
Soit \((u_n)\) définie par \(u_0 = 1\) et \(u_{n+1} = \frac{7u_n}{2u_n + 1}\). Montrer que \(0 < u_n < 3\) pour tout \(n\).
Voir la solution
Par récurrence :
Initialisation : \(0 < u_0 = 1 < 3\) ✓.
Hérédité : supposons \(0 < u_n < 3\). Alors \(2u_n + 1 > 0\) et \(7u_n > 0\), donc \(u_{n+1} > 0\).
De plus, \(u_{n+1} – 3 = \frac{7u_n – 3(2u_n+1)}{2u_n+1} = \frac{u_n – 3}{2u_n+1} < 0\) (car \(u_n < 3\)). Donc \(u_{n+1} < 3\).
Donc \(0 < u_n < 3\) pour tout \(n\). La suite est bornée.
Soit \(u_n = 3n^2 + 6n – 4\). Montrer que \((u_n)\) est minorée.
Voir la solution
\(u_n = 3(n^2 + 2n) – 4 = 3((n+1)^2 – 1) – 4 = 3(n+1)^2 – 7\).
Comme \((n+1)^2 \ge 0\), on a \(u_n \ge -7\). La suite est minorée par \(-7\).
Soit \(u_n = \frac{2 + \cos n}{3 – \sin\sqrt{n}}\). Montrer que \((u_n)\) est bornée.
Voir la solution
On a \(-1 \le \cos n \le 1\), donc \(1 \le 2 + \cos n \le 3\).
Et \(-1 \le \sin\sqrt{n} \le 1\), donc \(2 \le 3 – \sin\sqrt{n} \le 4\), d’où \(\frac{1}{4} \le \frac{1}{3 – \sin\sqrt{n}} \le \frac{1}{2}\).
En multipliant : \(\frac{1}{4} \le u_n \le \frac{3}{2}\). La suite est bornée.
Soit \(u_n = (-1)^n \sin\sqrt{n}\). Montrer que \((u_n)\) est bornée.
Voir la solution
\(|u_n| = |(-1)^n| \cdot |\sin\sqrt{n}| = |\sin\sqrt{n}| \le 1\).
Donc \(|u_n| \le 1\) pour tout \(n\) : la suite est bornée.
5Monotonie d’une suite
- \((u_n)\) est croissante si \(\forall n, u_{n+1} \ge u_n\).
- \((u_n)\) est décroissante si \(\forall n, u_{n+1} \le u_n\).
- \((u_n)\) est monotone si elle est croissante ou décroissante.
\((u_n)\) est décroissante si et seulement si \(\forall n, u_{n+1} – u_n \le 0\).
- Initialisation : \(u_0 = 1\), \(u_1 = \sqrt{3} \approx 1{,}73\). Donc \(u_0 \le u_1\).
- Hérédité : si \(u_n \le u_{n+1}\), alors \(u_n + 2 \le u_{n+1} + 2\), donc \(\sqrt{u_n+2} \le \sqrt{u_{n+1}+2}\), c’est-à-dire \(u_{n+1} \le u_{n+2}\).
- Donc \((u_n)\) est croissante.
6Suite arithmétique
- \(9 = 3 + 4r \implies r = \frac{3}{2}\).
- \(u_0 = 3 – \frac{3}{2} = \frac{3}{2}\).
- \(u_n = \frac{3}{2} + \frac{3}{2}n\).
Soit \((u_n)\) définie par \(u_0 = 2\) et \(u_{n+1} = \frac{2u_n – 1}{u_n}\). On pose \(v_n = \frac{1}{u_n – 1}\).
1) Montrer que \((v_n)\) est arithmétique. 2) Exprimer \(u_n\) en fonction de \(n\).
Voir la solution
1) \(v_{n+1} – v_n = \frac{1}{u_{n+1}-1} – \frac{1}{u_n-1} = \frac{u_n}{u_n-1} – \frac{1}{u_n-1} = 1\).
Donc \((v_n)\) est arithmétique de raison \(r = 1\), premier terme \(v_0 = \frac{1}{2-1} = 1\).
2) \(v_n = v_0 + nr = 1 + n\). Et \(u_n = 1 + \frac{1}{v_n} = \frac{v_n + 1}{v_n} = \frac{n+2}{n+1}\).
Une entreprise possède 40 camions en décembre 1991 et achète 8 camions supplémentaires chaque année.
1) Nombre de camions en 1992, 1993, 1994. 2) Nature de la suite. 3) \(u_n\). 4) Nombre en 2002.
Voir la solution
1) 1992 : 48, 1993 : 56, 1994 : 64.
2) C’est une suite arithmétique de raison \(r = 8\).
3) \(u_1 = 40\) et \(u_n = 40 + (n-1) \times 8 = 8n + 32\).
4) En 2002, \(n = 11\) (1991 + 11), donc \(u_{11} = 8 \times 11 + 32 = 120\) camions.
7Suite géométrique
- \(\frac{3}{16} = \frac{3}{2} \cdot q^3 \implies q^3 = \frac{1}{8} \implies q = \frac{1}{2}\).
- \(u_n = \frac{3}{2} \left(\frac{1}{2}\right)^{n-1}\).
Soit \((u_n)\) définie par \(u_{n+2} = \frac{1}{27}(12u_{n+1} – u_n)\), \(u_0 = 2\), \(u_1 = \frac{4}{9}\). On pose \(v_n = u_n – \frac{1}{3^n}\).
1) Montrer que \(u_{n+1} = \frac{1}{9}u_n + \frac{2}{3^{n+2}}\).
2) Montrer que \((v_n)\) est géométrique, puis exprimer \(v_n\) et \(u_n\) en fonction de \(n\).
3) Calculer \(S_n = \sum_{k=0}^n u_k\).
Voir la solution
1) Récurrence (voir le PDF pour les détails).
2) \(v_{n+1} = \frac{1}{9}u_n + \frac{2}{3^{n+2}} – \frac{1}{3^{n+1}} = \frac{1}{9}u_n – \frac{1}{3^{n+2}} = \frac{1}{9}\left(u_n – \frac{1}{3^n}\right) = \frac{1}{9}v_n\).
Donc \((v_n)\) géométrique de raison \(q = \frac{1}{9}\), \(v_0 = 1\).
\(v_n = \left(\frac{1}{9}\right)^n\), \(u_n = \left(\frac{1}{9}\right)^n + \left(\frac{1}{3}\right)^n\).
3) \(S_n = \frac{9}{8}\left(1 – \left(\frac{1}{9}\right)^{n+1}\right) + \frac{3}{2}\left(1 – \left(\frac{1}{3}\right)^{n+1}\right)\).
Soit \((u_n)\) définie par \(u_{n+1} = \frac{u_n}{\sqrt{u_n + 2}}\) et \(u_0 \in ]-1, 0[\).
1) Montrer que \(-1 < u_n < 0\). 2) Montrer que \((u_n)\) est strictement croissante.
Voir la solution
1) Par récurrence : si \(-1 < u_n < 0\), alors \(1 < u_n + 2 < 2\), donc \(1 < \sqrt{u_n+2} < \sqrt{2}\), et \(\frac{1}{\sqrt{2}} < \frac{1}{\sqrt{u_n+2}} < 1\). Comme \(0 < -u_n < 1\), on obtient \(-1 < u_{n+1} < 0\).
2) \(u_{n+1} – u_n = \frac{u_n}{\sqrt{u_n+2}} – u_n = u_n\left(\frac{1}{\sqrt{u_n+2}} – 1\right) > 0\) car \(u_n < 0\) et \(\sqrt{u_n+2} < 1\). Donc la suite est strictement croissante.
8La suite de Fibonacci
9Exercices corrigés
Cherche d’abord seul(e), puis ouvre la solution pour vérifier.
Soit \((u_n)\) définie par \(u_0 = 2\) et \(u_{n+1} = 5u_n – 7\). Calculer \(u_1, u_2, u_3\).
Voir la solution
\(u_1 = 5(2) – 7 = 3\).
\(u_2 = 5(3) – 7 = 8\).
\(u_3 = 5(8) – 7 = 33\).
Soit \((v_n)\) définie par \(v_0 = 1\), \(v_1 = -1\), \(v_{n+2} = 2v_{n+1} – 3v_n\). Calculer \(v_2, v_3, v_4\).
Voir la solution
\(v_2 = 2(-1) – 3(1) = -5\).
\(v_3 = 2(-5) – 3(-1) = -7\).
\(v_4 = 2(-7) – 3(-5) = 1\).
Soit \(u_{n+1} = u_n^2 + 2u_n + 2\) et \(u_0 = -1\). Montrer que \((u_n)\) est minorée par 1.
Voir la solution
\(u_1 = 1\). Et \(u_{n+1} – 1 = (u_n + 1)^2 \ge 0\), donc \(u_{n+1} \ge 1\). Par récurrence, \(u_n \ge 1\) pour tout \(n\).
Soit \(u_0 = 1\) et \(u_{n+1} = \frac{7u_n}{2u_n + 1}\). Montrer que \(0 < u_n < 3\).
Voir la solution
Par récurrence : \(0 < u_0 < 3\). Si \(0 < u_n < 3\), alors \(u_{n+1} > 0\) et \(u_{n+1} – 3 = \frac{u_n – 3}{2u_n+1} < 0\). Donc \(0 < u_{n+1} < 3\).
Soit \(u_n = 3n^2 + 6n – 4\). Montrer que \((u_n)\) est minorée.
Voir la solution
\(u_n = 3(n+1)^2 – 7 \ge -7\). La suite est minorée par \(-7\).
\(u_0 = 2\), \(u_{n+1} = \frac{2u_n – 1}{u_n}\), \(v_n = \frac{1}{u_n – 1}\).
1) Montrer que \((v_n)\) est arithmétique. 2) Exprimer \(u_n\).
Voir la solution
1) \(v_{n+1} – v_n = 1\), donc arithmétique de raison 1 et \(v_0 = 1\).
2) \(v_n = n+1\), donc \(u_n = 1 + \frac{1}{n+1} = \frac{n+2}{n+1}\).
40 camions en 1991, +8 par an. 1) 1992-1994. 2) Nature. 3) \(u_n\). 4) 2002.
Voir la solution
1) 48, 56, 64.
2) Arithmétique de raison 8.
3) \(u_n = 40 + 8(n-1) = 8n + 32\).
4) \(u_{11} = 120\) camions.
\(u_{n+2} = \frac{1}{27}(12u_{n+1} – u_n)\), \(u_0 = 2\), \(u_1 = \frac{4}{9}\), \(v_n = u_n – \frac{1}{3^n}\).
1) Montrer \(u_{n+1} = \frac{1}{9}u_n + \frac{2}{3^{n+2}}\). 2) \((v_n)\) géométrique ? 3) \(S_n = \sum u_k\).
Voir la solution
1) Récurrence (voir PDF).
2) \(v_{n+1} = \frac{1}{9}v_n\), donc géométrique de raison \(\frac{1}{9}\), \(v_0 = 1\). \(v_n = \left(\frac{1}{9}\right)^n\).
3) \(u_n = \left(\frac{1}{9}\right)^n + \left(\frac{1}{3}\right)^n\), donc \(S_n = \frac{9}{8}(1 – 9^{-(n+1)}) + \frac{3}{2}(1 – 3^{-(n+1)})\).
\(u_{n+1} = \frac{u_n}{\sqrt{u_n+2}}\), \(u_0 \in ]-1, 0[\). 1) \(-1 < u_n < 0\). 2) Croissance stricte.
Voir la solution
1) Récurrence : voir PDF.
2) \(u_{n+1} – u_n = u_n\left(\frac{1}{\sqrt{u_n+2}} – 1\right) > 0\) car \(u_n < 0\) et \(\sqrt{u_n+2} < 1\).
★Fiche résumé à retenir
- Suite : application de \(\mathbb{N}\) vers \(\mathbb{R}\), notée \((u_n)\).
- Explicite : \(u_n\) en fonction de \(n\). Récurrente : \(u_{n+1}\) en fonction de \(u_n\).
- Bornée : majorée et minorée. \( \Leftrightarrow \exists M > 0, |u_n| \le M\).
- Monotone : \(u_{n+1} – u_n\) de signe constant.
- Arithmétique : \(u_n = u_p + (n-p)r\) ; somme \(= \frac{\text{nb termes} \times (\text{premier} + \text{dernier})}{2}\).
- Géométrique : \(u_n = u_p \cdot q^{n-p}\) ; somme \(= u_p \cdot \frac{1 – q^{\text{nb termes}}}{1 – q}\) (si \(q \ne 1\)).
- Fibonacci : \(u_{n+2} = u_{n+1} + u_n\), ni arithmétique ni géométrique.