Suites r´eelles
Chapitre 3
1 G´en´eralit´es 2
1.1 D´enitions....................... 2
1.2 Suites monotones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Suitesborn´ees..................... 3
2 Suites usuelles 4
2.1 Suites arithm´etiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Suites g´eom´etriques . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 Suites arithm´etico-g´eom´etriques . . . . . . . . . . . 7
2.4 Suites r´ecurrentes lin´eaires d’ordre 2 . . . . . . . . 8
3 Convergence d’une suite r´eelle 10
3.1 Suites convergentes et divergentes . . . . . . . . . . 10
3.2 Op´erations sur les limites . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3 Limites et in´egalit´es . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4 Convergence des suites monotones et adjacentes . . 17
Introduction
Les suites num´eriques sont des objets tr`es utiles en analyse. Elles permettent par exemple d’obtenir des valeurs
approch´ees de divers objets, que ce soit les solutions d’une ´equation, des nombres irrationnels particuliers ou
des int´egrales. Dans ce chapitre, nous commen¸cons par introduire les notions de suites monotones et de suites
born´ees. On d´ecrit ensuite les diff´erentes suites usuelles `a connaitre (arithm´etiques, g´eom´etriques, arithm´etico-
g´eom´etriques et r´ecurrentes lin´eaires d’ordre 2). On donne la d´efinition d’une suite convergente et on d´ecrit les
diff´erentes op´erations possibles sur les limites. Enfin, nous terminons le chapitre avec le th´eor`eme des suites
monotones et le th´eor`eme des suites adjacentes qui permettent de prouver la convergence de certaines suites.
Anthony Mansuy - Professeur de Math´ematiques en sup´erieures ECE au Lyc´ee Clemenceau (Reims)
ECE1 Lyc´ee Clemenceau, Reims
1 G´en´eralit´es
1.1 D´efinitions
efinition.
Une suite eelle uest une application de Ndans R, c’est-`a-dire une fonction de Ndans Rtelle que tout
´el´ement nNposs`ede une image u(n) par u:
u:NR
n7→ u(n)
L’ensemble des suites r´eelles est not´e RN.
Notations.
1. Pour tout nN, le r´eel u(n) est appel´e le terme de rang nde la suite et on le notera un.
2. Une telle application usera aussi not´ee (un)nNou simplement (un).
Remarques.
1. Dans certains cas, une suite peut ˆetre index´ee non pas `a partir de 0, mais `a partir d’un entier sup´erieur.
Par exemple, la suite donn´ee par un=1
nest d´efinie pour n1.
2. en´eralement, les suites seront d´efinies de l’une des deux fa¸cons suivantes:
par une formule explicite, directement en fonction de n; par exemple,
nN, un=3n
2n+ 1
par une formule de r´ecurrence, c’est-`a-dire une relation entre les termes cons´ecutifs de la suite et
la donn´ee d’un ou plusieurs premiers termes; par exemple,
u0= 1 et nN, un+1 =1
2un+ 3
3. Comme pour les fonctions, on peut d´efinir diff´erentes op´erations sur les suites:
une addition + de sorte que si u, v RN, la suite ”somme” est d´efinie par:
nN,(u+v)n=un+vn
un produit externe .de sorte que si uRNet λR, la suite λ.u est d´efinie par:
nN,(λ.u)n=λ×un
une multiplication ×de sorte que si u, v RN, la suite ”produit” est d´efinie par:
nN,(u×v)n=un×vn
1.2 Suites monotones
efinition.
Soit (un)nNune suite r´eelle. On dit que
(un)nNest croissante si nN,un+1 un,
(un)nNest ecroissante si nN,un+1 un,
(un)nNest monotone si elle est croissante ou d´ecroissante.
On parlera de suites strictement croissante,strictement ecroissante ou strictement monotone si
les in´egalit´es pr´ec´edentes sont strictes.
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ECE1 Lyc´ee Clemenceau, Reims
IPour ´etudier le sens de variation d’une suite (un)nN, on utilisera g´en´eralement l’une des deux m´ethodes
suivantes:
(1) On ´etudie le signe de la diff´erence un+1 unpour tout nN.
Si un+1 un0, alors un+1 unet la suite est croissante.
Si un+1 un0, alors un+1 unet la suite est d´ecroissante.
Exemple. ´
Etudier le sens de variation de la suite (un)nNefinie par nN, un=n
n+ 1.
(2) Si tous les termes de la suite sont strictement positifs, on compare un+1
un
et 1.
Si un+1
un1, alors un+1 unet la suite est croissante.
Si un+1
un1, alors un+1 unet la suite est d´ecroissante.
Exemple. ´
Etudier le sens de variation de la suite (un)nNefinie par nN, un=2n
(n+ 1)!.
1.3 Suites born´ees
efinition.
Soit (un)nNune suite r´eelle. On dit que:
(un)nNest major´ee s’il existe MRtel que:
nN, unM
(un)nNest minor´ee s’il existe mRtel que:
nN, unm
(un)nNest born´ee si et seulement si elle est `a la fois major´ee et minor´ee.
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Remarques.
1. Une suite croissante est minor´ee par son premier terme u0. En effet, pour tout entier naturel n,
u0u1u2. . . un1unun+1 . . .
2. Une suite ecroissante est major´ee par son premier terme u0. En effet, pour tout entier naturel n,
u0u1u2. . . un1unun+1 . . .
Exemple. Consid´erons la suite (un)nNefinie par nN, un=1
n+ 1.
1. La suite (un)nNest-elle croissante ou d´ecroissante?
2. Montrer que (un)nNest born´ee.
2 Suites usuelles
2.1 Suites arithm´etiques
efinition.
Une suite arithm´etique est une suite (un)nNtelle que pour tout nN,un+1 unest ´egal `a une constante
r´eelle r, appel´ee raison de la suite arithm´etique.
En particulier, si (un)nNest une suite arithm´etique de raison r, alors:
nN, un+1 =un+r.
Soit (un)nNune suite arithm´etique de raison r. Alors:
nN, un=u0+nr.
Plus g´en´eralement, pour tout pN,
np, un=up+ (np)r
Th´eor`eme 1 (Formule explicite d’une suite arithm´etique)
Remarque. En particulier, une suite arithm´etique (un)nNest enti`erement d´etermin´ee par son premier terme
u0et sa raison r.
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Exemples.
1. Soit (un)nNune suite arithm´etique de raison 2 et de premier terme u0=1.
(a) Donner l’expression de unen fonction de n.
(b) Soit nN. Calculer
n
X
k=0
uk.
2. Soit (vn)nNla suite d´efinie par:
v0= 1 et v1= 3
nN, vn+2 = 2vn+1 vn
On d´efinit la suite (wn)nNpar: wn=vn+1 vn.
(a) Calculer, pour tout entier naturel n,wn+1 wn. Que peut-on en d´eduire sur la suite (wn)nN?
(b) En d´eduire que (vn)nNest une suite arithm´etique et donner l’expression de vnen fonction de n
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