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>[!example] Contenu de ce cours
> - Définir une suite numérique explicitement ou par récurrence.
> - Etudier le sens de variation d'une suite.
> - Déterminer si une suite donnée est bornée ou non.
> - Manipuler les suites géométriques et arithmétiques.
## 1. Définition
Une suite numérique est une fonction définie sur l'ensemble des entiers naturels $\mathbb{N}$ (ou sur un sous-ensemble $I = \{n \in \mathbb{N} \mid n \ge n_0\}$) à valeurs dans $\mathbb{R}$.
$\begin{aligned} u : \mathbb{N} &\to \mathbb{R} \\ n &\mapsto u(n) = u_n \end{aligned}$
- On note $(u_n)_{n \in \mathbb{N}}$ ou simplement $(u_n)$ la suite.
- $u_n$ désigne le terme de rang $n$ (ou terme général).
- $n$ est l'indice ou le rang.
## 2. Modes de Génération d'une Suite
### A. Forme explicite :
Chaque terme est calculé directement en fonction de la valeur de $n$.
> [!example] Exemple 1 : Polynôme
> Soit la suite définie par $u_n = 3n^2 - 5n + 2$ pour tout $n \in \mathbb{N}$ :
> - $u_0 = 3(0)^2 - 5(0) + 2 = 2$
> - $u_1 = 3(1)^2 - 5(1) + 2 = 0$
> - $u_4 = 3(4)^2 - 5(4) + 2 = 48 - 20 + 2 = 30$
> [!example] Exemple 2 : Suite alternée
> Soit la suite définie pour $n \ge 1$ par $u_n = \frac{(-1)^n}{n}$ :
> - $u_1 = \frac{(-1)^1}{1} = -1$
> - $u_2 = \frac{(-1)^2}{2} = \frac{1}{2}$
> - $u_3 = \frac{(-1)^3}{3} = -\frac{1}{3}$
### B. Forme par récurrence :
Chaque terme est défini à partir du terme qui le précède immédiatement (avec un premier terme $u_0$ fixé).
> [!example] Exemple 1 : Récurrence simple
> Soit la suite définie par $\begin{cases} u_0 = 4 \\ u_{n+1} = \frac{1}{2}u_n + 3 \end{cases}$
> - $u_1 = \frac{1}{2}u_0 + 3 = \frac{1}{2}(4) + 3 = 5$
> - $u_2 = \frac{1}{2}u_1 + 3 = \frac{1}{2}(5) + 3 = \frac{11}{2} = 5.5$
> - $u_3 = \frac{1}{2}\left(\frac{11}{2}\right) + 3 = \frac{23}{4} = 5.75$
> [!example] Exemple 2 : Récurrence d'ordre 2 (Suite de Fibonacci)
> Soit $\begin{cases} F_0 = 0, \quad F_1 = 1 \\ F_{n+2} = F_{n+1} + F_n \end{cases}$
> - $F_2 = F_1 + F_0 = 1 + 0 = 1$
> - $F_3 = F_2 + F_1 = 1 + 1 = 2$
> - $F_4 = F_3 + F_2 = 2 + 1 = 3$
> - $F_5 = F_4 + F_3 = 3 + 2 = 5$
## 3. Variations et Monotonie
> [!abstract] Définition
> Soit $(u_n)_{n \in \mathbb{N}}$ une suite réelle :
> - $(u_n)$ est **strictement croissante** si $\forall n \in \mathbb{N}, \quad u_{n+1} > u_n$.
> - $(u_n)$ est **croissante** si $\forall n \in \mathbb{N}, \quad u_{n+1} \ge u_n$.
> - $(u_n)$ est **strictement décroissante** si $\forall n \in \mathbb{N}, \quad u_{n+1} < u_n$.
> - $(u_n)$ est **décroissante** si $\forall n \in \mathbb{N}, \quad u_{n+1} \le u_n$.
> - $(u_n)$ est **constante (ou stationnaire)** si $\forall n \in \mathbb{N}, \quad u_{n+1} = u_n$.
### Méthodes et Exemples d'étude de variations :
> [!tip] Méthode 1 : Signe de la différence $u_{n+1} - u_n$ (Méthode générale)
> **Exemple :** Soit $u_n = n^2 + 3n$ pour tout $n \in \mathbb{N}$.
> $\begin{aligned} u_{n+1} - u_n &= \left[(n+1)^2 + 3(n+1)\right] - (n^2 + 3n) \\ &= (n^2 + 2n + 1 + 3n + 3) - (n^2 + 3n) \\ &= 2n + 4 \end{aligned}$
> Comme $n \ge 0$, on a $2n + 4 > 0$, donc $u_{n+1} - u_n > 0$.
> **Conclusion :** La suite $(u_n)$ est strictement croissante.
> [!tip] Méthode 2 : Comparaison du quotient $\dfrac{u_{n+1}}{u_n}$ avec $1$ (Uniquement pour $u_n > 0$)
> **Exemple :** Soit $u_n = \dfrac{2^n}{n!}$ pour $n \ge 1$ (tous les termes sont strictement positifs).
> $\frac{u_{n+1}}{u_n} = \frac{2^{n+1}}{(n+1)!} \times \frac{n!}{2^n} = \frac{2^{n+1}}{2^n} \times \frac{n!}{(n+1)n!} = \frac{2}{n+1}$
> Pour tout $n \ge 2$, on a $n + 1 \ge 3$, d'où $\frac{2}{n+1} < 1$.
> **Conclusion :** La suite $(u_n)$ est strictement décroissante à partir du rang $n = 2$.
> [!tip] Méthode 3 : Étude de la fonction associée $f$ telle que $u_n = f(n)$
> **Exemple :** Soit $u_n = \dfrac{n}{n+1}$ pour $n \in \mathbb{N}$.
> Considérons la fonction $f(x) = \dfrac{x}{x+1}$ sur $[0, +\infty[$.
> Sa dérivée est :
> $f'(x) = \frac{1(x+1) - x(1)}{(x+1)^2} = \frac{1}{(x+1)^2} > 0$
> $f$ est strictement croissante sur $[0, +\infty[$, donc la suite $(u_n)$ est strictement croissante.
## 4. Suites Bornées
> [!abstract] Définition
> - $(u_n)$ est **majorée** s'il existe $M \in \mathbb{R}$ tel que : $\forall n \in \mathbb{N}, \quad u_n \le M$.
> - $(u_n)$ est **minorée** s'il existe $m \in \mathbb{R}$ tel que : $\forall n \in \mathbb{N}, \quad u_n \ge m$.
> - $(u_n)$ est **bornée** si elle est à la fois majorée et minorée : $\exists M > 0, \; \forall n \in \mathbb{N}, \; |u_n| \le M$.
> [!example] Exemple 1 : Suite bornée
> Soit $u_n = \cos(n) + \frac{1}{n+1}$ pour $n \in \mathbb{N}$.
> Pour tout $n \in \mathbb{N}$ :
> $-1 \le \cos(n) \le 1 \quad \text{et} \quad 0 < \frac{1}{n+1} \le 1$
> En additionnant membre à membre :
> $-1 < u_n \le 2$
> $(u_n)$ est minorée par $-1$ et majorée par $2$ : elle est donc **bornée**.
> [!example] Exemple 2 : Suite minorée
> Soit $u_n = 2^n - 5$.
> Pour tout $n \in \mathbb{N}$, $2^n \ge 1 \implies u_n \ge -4$ : la suite est **minorée** par $-4$.
## 5. Suites particulières
### A. Suites Arithmétiques
> [!abstract] Définition
> Une suite $(u_n)$ est **arithmétique** de raison $r \in \mathbb{R}$ si :
> $u_{n+1} = u_n + r \quad (\forall n \in \mathbb{N})$
#### Formule Explicite (Terme général)
- En partant de $u_0$ : $u_n = u_0 + nr$
- En partant de $u_p$ ($p \le n$) : $u_n = u_p + (n-p)r$
> [!example] Exemple de calcul du terme général
> Soit $(u_n)$ une suite arithmétique telle que $u_3 = 11$ et $u_7 = 27$.
> $u_7 = u_3 + (7-3)r \iff 27 = 11 + 4r \iff 4r = 16 \iff r = 4$
> On en déduit $u_0$ :
> $u_0 = u_3 - 3r = 11 - 3(4) = -1$
> Le terme général est donc :
> $u_n = -1 + 4n$
#### Somme des termes consécutifs
$S_n = \sum_{k=0}^n u_k = u_0 + u_1 + \dots + u_n = (n+1) \times \frac{u_0 + u_n}{2}$
Formule générale :
$S = (\text{nombre de termes}) \times \frac{\text{premier terme} + \text{dernier terme}}{2}$
> [!example] Exemple 1 : Somme des $n$ premiers entiers
> $S = 1 + 2 + 3 + \dots + n = \sum_{k=1}^n k = \frac{n(n+1)}{2}$
> Pour $n = 100$ :
> $1 + 2 + \dots + 100 = \frac{100 \times 101}{2} = 5\,050$
> [!example] Exemple 2 : Somme arithmétique quelconque
> Calculer la somme $S = 5 + 8 + 11 + \dots + 302$.
> Il s'agit des termes d'une suite arithmétique de premier terme $u_0 = 5$ et de raison $r = 3$.
> On cherche le rang $N$ de $302$ :
> $u_N = 5 + 3N = 302 \iff 3N = 297 \iff N = 99$
> Il y a $99 - 0 + 1 = 100$ termes :
> $S = 100 \times \frac{5 + 302}{2} = 100 \times \frac{307}{2} = 15\,350$
#### Variation des suites arithmétiques
Le sens de variation dépend uniquement du signe de la raison $r$ :
- Si $r > 0$, la suite $(u_n)$ est **strictement croissante**.
- Si $r < 0$, la suite $(u_n)$ est **strictement décroissante**.
- Si $r = 0$, la suite $(u_n)$ est **constante**
### B. Suites Géométriques
> [!abstract] Définition
> Une suite $(u_n)$ est **géométrique** de raison $q \in \mathbb{R}^*$ si :
> $u_{n+1} = q \times u_n \quad (\forall n \in \mathbb{N})$
#### Formule Explicite (Terme général)
- En partant de $u_0$ : $u_n = u_0 \times q^n$
- En partant de $u_p$ ($p \le n$) : $u_n = u_p \times q^{n-p}$
> [!example] Exemple de calcul du terme général
> Soit $(u_n)$ une suite géométrique à termes strictement positifs avec $u_2 = 18$ et $u_5 = 486$.
> $u_5 = u_2 \times q^{5-2} \iff 486 = 18 \times q^3 \iff q^3 = \frac{486}{18} = 27 \iff q = 3$
> On trouve le premier terme :
> $u_0 = \frac{u_2}{q^2} = \frac{18}{3^2} = 2$
> Le terme général est donc :
> $u_n = 2 \times 3^n$
#### Somme des termes consécutifs (pour $q \neq 1$)
$S_n = \sum_{k=0}^n u_k = u_0 \times \frac{1 - q^{n+1}}{1 - q}$
Formule générale :
$S = (\text{premier terme}) \times \frac{1 - q^{\text{nombre de termes}}}{1 - q}$
> [!example] Exemple 1 : Somme des puissances d'un nombre
> $S = 1 + q + q^2 + \dots + q^n = \sum_{k=0}^n q^k = \frac{1 - q^{n+1}}{1 - q}$
> Pour $q = 2$ et $n = 10$ :
> $1 + 2 + 2^2 + \dots + 2^{10} = \frac{1 - 2^{11}}{1 - 2} = \frac{1 - 2\,048}{-1} = 2\,047$
> [!example] Exemple 2 : Somme géométrique quelconque
> Calculer la somme $S = 3 + 6 + 12 + 24 + \dots + 3\,072$.
> C'est une suite géométrique de premier terme $u_0 = 3$ et de raison $q = 2$.
> On détermine le rang $N$ du terme $3\,072$ :
> $u_N = 3 \times 2^N = 3\,072 \iff 2^N = 1\,024 = 2^{10} \iff N = 10$
> Il y a $10 - 0 + 1 = 11$ termes :
> $S = 3 \times \frac{1 - 2^{11}}{1 - 2} = 3 \times 2\,047 = 6\,141$
#### Variation des suites géométriques
- **Cas où $u_0 > 0$ :**
- Si $q > 1$, la suite $(u_n)$ est **strictement croissante**.
- Si $0 < q < 1$, la suite $(u_n)$ est **strictement décroissante**.
- Si $q = 1$, la suite $(u_n)$ est **constante**.
- **Cas où $u_0 < 0$ :**
- Si $q > 1$, la suite $(u_n)$ est **strictement décroissante**.
- Si $0 < q < 1$, la suite $(u_n)$ est **strictement croissante**.
- Si $q = 1$, la suite $(u_n)$ est **constante**.
- **Cas où $q < 0$ :** La suite n'est **pas monotone** (les termes alternent de signe).
### C. Suites Arithmético-Géométriques
> [!abstract] Définition
> Une suite est **arithmético-géométrique** si elle s'écrit sous la forme :
> $u_{n+1} = a u_n + b \quad \text{avec } a \in \mathbb{R} \setminus \{0, 1\} \text{ et } b \in \mathbb{R}^*$
> [!example] Exemple et Méthode complète
> Soit la suite définie par $\begin{cases} u_0 = 7 \\ u_{n+1} = 3u_n - 4 \end{cases}$
>
> 1. **Recherche du point fixe $\ell$** :
> $\ell = 3\ell - 4 \iff -2\ell = -4 \iff \ell = 2$
> 2. **Suite auxiliaire $v_n = u_n - 2$** :
> $v_{n+1} = u_{n+1} - 2 = (3u_n - 4) - 2 = 3u_n - 6 = 3(u_n - 2) = 3v_n$
> $(v_n)$ est une suite géométrique de raison $q = 3$ et de premier terme $v_0 = u_0 - 2 = 7 - 2 = 5$.
> 3. **Expression explicite de $v_n$** :
> $v_n = 5 \times 3^n$
> 4. **Expression explicite de $u_n$** :
> $u_n = v_n + 2 = 5 \times 3^n + 2$
# ➡️ C'est la fin
- Cours précèdent: `cours-de-départ`
- Prochain cours: [[Exercices - Suites Numériques]]
- Page d'accueil de la compétence: [[Suites Numériques]]
# 🗓️ Historique
- Rédigé par: [[Antonia JABBOUR]]
- Dernière MAJ: `18-août-2026`
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