Socle mathématique · Suites et fonctions

Suites

Arithmétiques, géométriques : deux familles de suites qui structurent une grande partie du programme de Terminale — et qui modélisent croissance et évolution dans de nombreux problèmes concrets.

🎓 Niveau Terminale / prépa intégrée ⏱ Cours ~20 min ✎ 12 exercices ✓ QCM 10 questions 📄 1 sujet d'annales corrigé

1Qu'est-ce qu'une suite ?

Une suite $(u_n)$ est une liste ordonnée de nombres, indexée par les entiers naturels : $u_0,u_1,u_2,\ldots$. Elle peut être définie de deux façons : par une formule explicite $u_n=f(n)$, ou par récurrence, en donnant $u_0$ et une relation reliant $u_{n+1}$ à $u_n$.

2Suites arithmétiques

Définition

Une suite est arithmétique de raison $r$ si $u_{n+1}=u_n+r$ pour tout $n$ : on passe d'un terme au suivant en ajoutant toujours la même quantité $r$.

$$u_n = u_0+nr$$

Exemple résolu

$(u_n)$ arithmétique de premier terme $u_0=3$ et de raison $r=5$ : $u_{10}=3+10\times5=53$.

3Suites géométriques

Définition

Une suite est géométrique de raison $q$ si $u_{n+1}=q\times u_n$ pour tout $n$ : on passe d'un terme au suivant en multipliant toujours par la même quantité $q$.

$$u_n = u_0\times q^n$$

Exemple résolu

$(u_n)$ géométrique de premier terme $u_0=2$ et de raison $q=3$ : $u_4=2\times3^4=2\times81=162$.

nuₙarithmétiquegéométrique (q > 1)Points discrets : une suite n’est définie que pour des indices entiers.
Deux modèles de croissance : additive et multiplicative.

Une suite arithmétique croît régulièrement (points alignés) alors qu'une suite géométrique de raison $q\gt 1$ croît de plus en plus vite : c'est la différence essentielle entre croissance linéaire et croissance exponentielle.

4Somme des termes

TypeSomme des $n+1$ premiers termes
Arithmétique$\displaystyle\sum_{k=0}^{n}u_k=(n+1)\dfrac{u_0+u_n}2$
Géométrique ($q\neq1$)$\displaystyle\sum_{k=0}^{n}u_k=u_0\dfrac{1-q^{n+1}}{1-q}$

5Sens de variation

Méthode

On étudie le signe de $u_{n+1}-u_n$ : si $u_{n+1}-u_n\gt 0$ pour tout $n$, la suite est croissante ; si $u_{n+1}-u_n\lt 0$, elle est décroissante.

6Convergence d'une suite géométrique

Résultat à connaître

Si $-1\lt q\lt 1$ (et $q\neq0$), alors $q^n\to0$ quand $n\to+\infty$, donc $u_n=u_0q^n\to0$ : la suite géométrique converge vers $0$. Si $q\gt 1$, $u_n\to+\infty$ (pour $u_0\gt 0$) : la suite diverge.

Exercice 1 — Terme d'une suite arithmétique

Facile

$(u_n)$ est arithmétique, $u_0=4$, $r=3$. Calculer $u_7$.

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$u_7=u_0+7r=4+21=25$.

Exercice 2 — Terme d'une suite géométrique

Facile

$(u_n)$ est géométrique, $u_0=5$, $q=2$. Calculer $u_5$.

Voir la correction

$u_5=u_0\times q^5=5\times32=160$.

Exercice 3 — Trouver la raison

Moyen

Une suite arithmétique vérifie $u_0=2$ et $u_5=22$. Calculer sa raison $r$.

Voir la correction

$u_5=u_0+5r \Rightarrow 22=2+5r \Rightarrow r=4$.

Exercice 4 — Sens de variation

Moyen

Étudier le sens de variation de la suite définie par $u_n=n^2$.

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$u_{n+1}-u_n=(n+1)^2-n^2=2n+1\gt 0$ pour tout $n\ge0$ : la suite est strictement croissante.

Exercice 5 — Somme arithmétique

Moyen

Calculer $1+2+3+\cdots+100$.

Voir la correction

C'est la somme des 100 premiers termes d'une suite arithmétique de raison $1$ : $\dfrac{100\times(1+100)}2=\dfrac{100\times101}2=5050$.

Exercice 6 — Somme géométrique

Difficile

Calculer $1+2+4+8+\cdots+512$ (puissances de 2 de $2^0$ à $2^9$).

Voir la correction

C'est une somme géométrique de premier terme $1$, raison $q=2$, avec $10$ termes ($n=9$) : $\dfrac{1-2^{10}}{1-2}=\dfrac{1-1024}{-1}=1023$.

Exercice 7 — Convergence

Moyen

La suite $u_n=5\times(0{,}8)^n$ converge-t-elle ? Si oui, vers quelle limite ?

Voir la correction

C'est une suite géométrique de raison $q=0{,}8$, avec $-1\lt 0{,}8\lt 1$ : elle converge vers $0$.

Exercice 8 — Suite définie par récurrence

Moyen

Soit $(u_n)$ définie par $u_0=1$ et $u_{n+1}=u_n+3$. Calculer $u_1,u_2,u_3$ puis reconnaître le type de suite.

Voir la correction

$u_1=1+3=4$, $u_2=4+3=7$, $u_3=7+3=10$.

On ajoute toujours $3$ : c'est une suite arithmétique de raison $r=3$.

Exercice 9 — Application : intérêts composés

Difficile

Un capital de 1000 € est placé à intérêt composé de 4% par an. Modéliser le capital $C_n$ après $n$ années, et calculer $C_3$.

Voir la correction

Chaque année, le capital est multiplié par $1{,}04$ : c'est une suite géométrique $C_n=1000\times(1{,}04)^n$.

$C_3=1000\times(1{,}04)^3\approx1124{,}86$ €.

Exercice 10 — Sens de variation d'une suite géométrique

Difficile

La suite $u_n=3\times(1{,}5)^n$ est-elle croissante ou décroissante ?

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$\dfrac{u_{n+1}}{u_n}=1{,}5\gt 1$ et $u_0=3\gt 0$, donc chaque terme est plus grand que le précédent : la suite est croissante.

Exercice 11 — Deux suites reliées

Difficile

$(u_n)$ est arithmétique de raison $2$ avec $u_0=1$. On pose $v_n=2^{u_n}$. Montrer que $(v_n)$ est géométrique et donner sa raison.

Voir la correction

$v_{n+1}=2^{u_{n+1}}=2^{u_n+2}=2^{u_n}\times2^2=4\times v_n$.

$(v_n)$ est donc géométrique de raison $q=4$.

Exercice 12 — Somme et moyenne

Moyen

Une suite arithmétique a pour premier terme $u_0=10$ et dernier terme (21ᵉ terme, $u_{20}$) égal à $70$. Calculer la somme des 21 termes.

Voir la correction

Somme $=(n+1)\dfrac{u_0+u_n}2=21\times\dfrac{10+70}2=21\times40=840$.

Progression Score : 0 / 10

Sujet 1 — Contrôle de connaissances

Socle mathématique · 3iL Ingénieurs · Durée indicative : 25 min

Exercice A (10 points) — Une suite arithmétique a pour premier terme $u_0=7$ et raison $r=4$.

1. Calculer $u_{10}$. (3 pts)

2. Calculer la somme des 11 premiers termes ($u_0$ à $u_{10}$). (4 pts)

3. À partir de quel rang $n$ a-t-on $u_n\gt 100$ ? (3 pts)

Exercice B (8 points) — Une suite géométrique a pour premier terme $v_0=100$ et raison $q=0{,}5$.

1. Calculer $v_3$. (3 pts)

2. Cette suite converge-t-elle ? Si oui, vers quelle limite ? Justifier. (5 pts)

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  1. A.1. $u_{10}=u_0+10r=7+40=47$.
  2. A.2. Somme $=(10+1)\dfrac{u_0+u_{10}}2=11\times\dfrac{7+47}2=11\times27=297$.
  3. A.3. $u_n=7+4n\gt 100 \Leftrightarrow 4n\gt 93 \Leftrightarrow n\gt 23{,}25$, donc à partir de $n=24$.
  4. B.1. $v_3=100\times(0{,}5)^3=100\times0{,}125=12{,}5$.
  5. B.2. $q=0{,}5$ vérifie $-1\lt q\lt 1$, donc la suite converge vers $0$ (produit de $u_0$ fini par une puissance qui tend vers $0$).
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