Suites arithmétiques

Définition

On dit qu'une suite (u_n)_(n in NN) est une suite arithmétique s'il existe un nombre r tel que :
pour tout n in NN, u_(n+1)=u_n + r
Le réel r s'appelle la raison de la suite arithmétique.

Remarque

Pour démontrer qu'une suite (u_n)_(n in NN) est arithmétique, on pourra calculer la différence u_(n+1)-u_n.
Si on constate que la différence est une constante r, on pourra affirmer que la suite est arithmétique de raison r.

Exemple

Soit la suite (u_n)_(n in NN) définie par u_n=3n+5.
u_(n+1)-u_n=3(n+1)+5-(3n+5)=3
La suite (u_n) est une suite arithmétique de raison r

Propriété

Pour n et k quelconques entiers naturels, si la suite (u_n) est arithmétique de raison r alors on a u_n=u_k+(n-k)*r.
En particulier u_n=u_0+n*r.

Propriété

Réciproquement, si a et b sont deux nombres réels et si la suite (u_n) est définie par u_n=a*n+b alors cette suite est une suite arithmétique de raison r=a et de premier terme u_0=b.

Démonstration

u_(n+1)-u_n=a(n+1)+b-(an+b)=an+a+b-an-b=a
et
u_0=a*0+b=b

Théorème

Soit (u_n) une suite arithmétique de raison r :

  • si r>0 alors (u_n) est strictement croissante
  • si r=0 alors (u_n) est constante
  • si r<0 alors (u_n) est strictement décroissante.

Théorème

Si (u_n) et (v_n) sont deux suites arithmétiques de raison respectives r et r' alors la somme de ces deux suites, c'est à dire la suite (w_n) définie par :
w_n=u_n+v_n
est aussi une suite arithmétique et sa raison r'' est :
r''=r+r'

Théorème

Somme des premiers termes
Si (u_n)_(n in NN) est une suite arithmétique de premier terme u_0 et de raison r :
S_n=u_0+u_1+. . .+u_n=(n+1)(u_0+u_n)/2

Remarque

Cette formule peut se généraliser à des sommes ne commençant pas par u_0 et peut se retenir sous la forme:
S_n=`nombre de termes`*`moyenne du premier et du dernier terme`

Exemple

Soit à calculer la somme S=1+2+. . .+n.
S est la somme des n premiers termes de la suite 1, 2, 3 ... qui est arithmétique de raison 1.
Le nombre de terme est n, le premier terme est 1 et le dernier terme n, donc
S=n*(1+n)/2=(n(n+1))/2

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