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Suites arithmétiques

Reconnaître une suite arithmétique

Une suite $(u_n)_{n\geqslant p_0}$ est arithmétique de raison $r\in\mathbb R$ lorsque, pour tout entier $n\geqslant p_0$,

\[u_{n+1}=u_n+r,\qquad u_{n+1}-u_n=r.\]

La différence entre deux termes consécutifs doit être constante à tous les rangs. Quelques différences égales ne suffisent pas à le prouver.

Calculer un terme

Pour tous indices $p,n$ d’une suite arithmétique de raison $r$,

\[u_n=u_p+(n-p)r.\]

En particulier : $u_n=u_0+nr$ si le premier rang est $0$ ; $u_n=u_1+(n-1)r$ s’il est $1$. Le nombre de pas est $n-p$. Les points de la suite sont sur une droite : une suite de la forme $u_n=A+rn$ est arithmétique de raison $r$.

Voir un exemple — Calculer les termes quand le premier rang est 1

Une suite qui commence au rang 1

La suite de premier terme $u_1=14$ et de raison $r=-3$ vérifie, pour tout entier $n\geqslant1$,

\[u_{n+1}=u_n-3.\]

On soustrait donc $3$ à chaque étape :

\[u_1=14,\qquad u_2=11,\qquad u_3=8,\qquad u_4=5.\]

L’indice initial est $1$ : le premier terme donné est $u_1$, et non $u_0$.

Additionner des termes consécutifs

Pour des indices $p\leqslant q$, les deux bornes sont incluses : la somme $\sum_{k=p}^{q}u_k$ contient $N=q-p+1$ termes.

\[\sum_{k=p}^{q}u_k=(q-p+1)\frac{u_p+u_q}{2}.\]

La somme vaut le nombre de termes multiplié par la moyenne des deux termes extrêmes.

\[1+2+\cdots+n=\frac{n(n+1)}2\quad(n\geqslant1).\]
Voir un exemple — Somme des cinq premiers entiers
\[1+2+3+4+5=\frac{5\times6}{2}=15.\]
Comprendre pourquoi — Pourquoi multiplier par la moyenne des extrêmes ?

Pour une suite arithmétique de raison $r$, on additionne les termes de $u_p$ à $u_q$, avec des indices entiers $p\leqslant q$ dans son domaine. Posons $N=q-p+1$ et $S=u_p+\cdots+u_q$.

\[u_{p+j}+u_{q-j}=(u_p+jr)+(u_q-jr)=u_p+u_q\qquad(0\leqslant j<N).\]

Additionner la somme écrite dans les deux sens donne $N$ paires de cette valeur. Ainsi

\[2S=N(u_p+u_q),\qquad S=N\frac{u_p+u_q}{2}.\]

Sens de variation

  • $r>0$ : suite strictement croissante.
  • $r<0$ : suite strictement décroissante.
  • $r=0$ : suite constante.

Le signe des termes ne détermine pas le sens de variation : c’est le signe de la raison qui compte.

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