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Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites

Guide de rédaction : suites

Ce guide complète le Guide de rédaction général.

Il rassemble, pour le chapitre Suites, les onze situations qui reviennent au bac et, pour chacune, la rédaction modèle.

Apprends-les comme des gammes : le jour de l'épreuve, tu n'auras plus qu'à les adapter.

🎯 Le principe du chapitre

Avec les suites, un correcteur regarde surtout quatre choses :

  • les quantificateurs (« pour tout n∈Nn\in\N », « soit k∈Nk\in\N fixé ») ;
  • l'usage réel de l'hypothèse de récurrence ;
  • le nom du théorème à chaque conclusion (convergence monotone, comparaison, gendarmes) ;
  • la vérification des hypothèses avant de passer à la limite.

1. Les onze situations et leur rédaction modèle

Situation 1 : calculer des termes et conjecturer.

« On calcule u1=5u_1=5, u2=13u_2=13, u3=29u_3=29. On conjecture que un=2n+2−3u_n=2^{n+2}-3 pour tout n∈Nn\in\N. »

Une conjecture n'est pas une preuve : écris le mot « conjecture », puis démontre-la par récurrence.

Situation 2 : récurrence pour une formule explicite (u0=1u_0=1 et un+1=2un+3u_{n+1}=2u_n+3).

« Montrons par récurrence que, pour tout n∈Nn\in\N, un=2n+2−3u_n=2^{n+2}-3.

Initialisation. Pour n=0n=0, 22−3=1=u02^2-3=1=u_0. La propriété est vraie au rang 00.

Hérédité. Soit k∈Nk\in\N tel que uk=2k+2−3u_k=2^{k+2}-3 (hypothèse de récurrence). Alors uk+1=2uk+3=2(2k+2−3)+3=2k+3−3=2(k+1)+2−3u_{k+1}=2u_k+3=2\left(2^{k+2}-3\right)+3=2^{k+3}-3=2^{(k+1)+2}-3. La propriété est vraie au rang k+1k+1.

Conclusion. La propriété est vraie au rang 00 et héréditaire, donc un=2n+2−3u_n=2^{n+2}-3 pour tout n∈Nn\in\N. »

Situation 3 : récurrence pour un encadrement (u0=0u_0=0 et un+1=un+6u_{n+1}=\sqrt{u_n+6}).

« Montrons que, pour tout n∈Nn\in\N, 0≤un≤30\le u_n\le3.

Initialisation. u0=0u_0=0 donc 0≤u0≤30\le u_0\le3.

Hérédité. Soit k∈Nk\in\N tel que 0≤uk≤30\le u_k\le3. Alors 6≤uk+6≤96\le u_k+6\le9. La fonction racine carrée étant strictement croissante sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[, on obtient 6≤uk+1≤3\sqrt6\le u_{k+1}\le3. Comme 6≥0\sqrt6\ge0, on a 0≤uk+1≤30\le u_{k+1}\le3.

Conclusion. 0≤un≤30\le u_n\le3 pour tout n∈Nn\in\N. »

💡 Astuce : quand ff est croissante sur l'intervalle, tu appliques ff à l'encadrement en gardant le sens. Quand ff est décroissante, l'encadrement se retourne : dis-le.

Situation 4 : sens de variation.

« Pour tout n∈Nn\in\N, en multipliant par la quantité conjuguée :

un+1−un=un+6−un=(un+6)−un2un+6+un=(3−un)(un+2)un+6+unu_{n+1}-u_n=\sqrt{u_n+6}-u_n=\frac{(u_n+6)-u_n^2}{\sqrt{u_n+6}+u_n}=\frac{(3-u_n)(u_n+2)}{\sqrt{u_n+6}+u_n}

Or 0≤un≤30\le u_n\le3, donc le numérateur est positif, et le dénominateur est strictement positif. Donc un+1−un≥0u_{n+1}-u_n\ge0 : la suite (un)(u_n) est croissante. »

Variante : par récurrence, « u0≤u1u_0\le u_1 » puis « si uk≤uk+1u_k\le u_{k+1} alors, la racine étant croissante, uk+1≤uk+2u_{k+1}\le u_{k+2} ».

Situation 5 : suite auxiliaire géométrique (u0=1u_0=1, un+1=0,5 un+3u_{n+1}=0{,}5\,u_n+3, vn=un−6v_n=u_n-6).

« Pour tout n∈Nn\in\N :

vn+1=un+1−6=0,5 un+3−6=0,5 un−3=0,5(un−6)=0,5 vnv_{n+1}=u_{n+1}-6=0{,}5\,u_n+3-6=0{,}5\,u_n-3=0{,}5(u_n-6)=0{,}5\,v_n

Donc (vn)(v_n) est une suite géométrique de raison 0,50{,}5 et de premier terme v0=u0−6=−5v_0=u_0-6=-5. Par suite, pour tout n∈Nn\in\N, vn=−5×0,5nv_n=-5\times0{,}5^n, et donc un=vn+6=6−5×0,5nu_n=v_n+6=6-5\times0{,}5^n. »

⚠️ Attention : la raison est 0,50{,}5 (le coefficient de unu_n), pas 66. Et v0v_0 n'est pas u0u_0.

Situation 6 : limite par transformation d'écriture.

Fraction rationnelle. « Pour tout n≥1n\ge1, 3n2−5n+1n2+2=3−5n+1n21+2n2\dfrac{3n^2-5n+1}{n^2+2}=\dfrac{3-\frac5n+\frac1{n^2}}{1+\frac2{n^2}}.

Comme 5n\dfrac5n, 1n2\dfrac1{n^2} et 2n2\dfrac2{n^2} tendent vers 00, le numérateur tend vers 33 et le dénominateur vers 11.

Par quotient, la limite vaut 33. »

Racines (quantité conjuguée). « Pour tout n∈Nn\in\N, n+1−n=(n+1)−nn+1+n=1n+1+n\sqrt{n+1}-\sqrt n=\dfrac{(n+1)-n}{\sqrt{n+1}+\sqrt n}=\dfrac1{\sqrt{n+1}+\sqrt n}. Comme n+1+n\sqrt{n+1}+\sqrt n tend vers +∞+\infty, son inverse tend vers 00. La limite vaut 00. »

Puissances. « Pour tout nn, 3n−2n=3n(1−(23)n)3^n-2^n=3^n\left(1-\left(\dfrac23\right)^n\right). Comme −1<23<1-1<\dfrac23<1, (23)n→0\left(\dfrac23\right)^n\to0, donc 1−(23)n→11-\left(\dfrac23\right)^n\to1. Comme 3>13>1, 3n→+∞3^n\to+\infty. Par produit, la limite est +∞+\infty. »

Situation 7 : comparaison et gendarmes.

Comparaison. « Pour tout n∈Nn\in\N, (−1)n≥−1(-1)^n\ge-1, donc n+(−1)n≥n−1n+(-1)^n\ge n-1. Or lim⁡(n−1)=+∞\lim(n-1)=+\infty. D'après le théorème de comparaison, lim⁡(n+(−1)n)=+∞\lim\big(n+(-1)^n\big)=+\infty. »

Gendarmes. « Pour tout n≥1n\ge1, −1≤(−1)n≤1-1\le(-1)^n\le1, donc −1n≤(−1)nn≤1n-\dfrac1n\le\dfrac{(-1)^n}n\le\dfrac1n. Or lim⁡(−1n)=lim⁡1n=0\lim\left(-\dfrac1n\right)=\lim\dfrac1n=0. D'après le théorème des gendarmes, lim⁡(−1)nn=0\lim\dfrac{(-1)^n}n=0. »

💡 Écris les trois éléments : l'encadrement (avec « pour tout n≥…n\ge\dots »), les deux limites égales, le nom du théorème.

Situation 8 : convergence, puis limite de un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n).

« D'après les questions précédentes, (un)(u_n) est croissante et majorée par 33.

Donc, d'après le théorème de convergence monotone, elle converge vers un réel ℓ\ell.

Comme 0≤un≤30\le u_n\le3 pour tout nn, ℓ∈[0 ;3]\ell\in[0\,;3].

La fonction f:x↦x+6f:x\mapsto\sqrt{x+6} est continue sur [0 ;3][0\,;3]. En passant à la limite dans un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n), on obtient ℓ=f(ℓ)\ell=f(\ell), soit ℓ=ℓ+6\ell=\sqrt{\ell+6}. Comme ℓ≥0\ell\ge0, cela entraîne ℓ2=ℓ+6\ell^2=\ell+6, soit (ℓ−3)(ℓ+2)=0(\ell-3)(\ell+2)=0. Comme ℓ≥0\ell\ge0, ℓ=3\ell=3. »

Situation 9 : somme de termes.

« Pour q≠1q\neq1, 1+q+⋯+qn=1−qn+11−q1+q+\dots+q^n=\dfrac{1-q^{n+1}}{1-q}. Ici q=12q=\dfrac12, et la somme contient n+1n+1 termes :

Sn=1−(12)n+11−12=2−(12)nS_n=\frac{1-\left(\frac12\right)^{n+1}}{1-\frac12}=2-\left(\frac12\right)^n

Comme (12)n→0\left(\dfrac12\right)^n\to0, lim⁡Sn=2\lim S_n=2. »

Pour une somme de la forme uk=3k−6+9(13)ku_k=3k-6+9\left(\dfrac13\right)^k, on sépare les trois parties (arithmétique, constante, géométrique), et on compte les termes.

Situation 10 : algorithmique.

def seuil():
    n = 0
    u = 1000
    while u < 2000:
        u = 1.05*u
        n = n + 1
    return n

« La boucle s'arrête dès que u >= 2000. Elle se termine car un=1000×1,05nu_n=1000\times1{,}05^n tend vers +∞+\infty (1,05>11{,}05>1). Par calcul, u14≈1979,9<2000u_{14}\approx1979{,}9<2000 et u15≈2078,9≥2000u_{15}\approx2078{,}9\ge2000 : la fonction renvoie 1515. »

⚠️ La fonction renvoie nn (le rang), pas unu_n. Et l'ordre des instructions dans la boucle peut changer le résultat.

Situation 11 : vrai/faux et contre-exemple.

« L'affirmation est fausse. Contre-exemple : la suite un=(−1)nu_n=(-1)^n est bornée (−1≤un≤1-1\le u_n\le1), mais elle ne converge pas. »

Pour une affirmation vraie, il faut une démonstration. Pour une affirmation fausse, un seul contre-exemple suffit, bien choisi et vérifié.

2. Avant / après sur les suites

a) Une hérédité. Montrer que un≤2u_n\le2 pour un+1=un+2u_{n+1}=\sqrt{u_n+2}.

❌ « uk+1=uk+2≤2u_{k+1}=\sqrt{u_k+2}\le2, donc c'est bon. »

✅ « Soit k∈Nk\in\N tel que uk≤2u_k\le2. Alors uk+2≤4u_k+2\le4. La racine carrée étant croissante sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[, uk+1=uk+2≤4=2u_{k+1}=\sqrt{u_k+2}\le\sqrt4=2. »

L'hypothèse de récurrence est utilisée (uk≤2u_k\le2), et la croissance de la racine est citée.

b) Une limite.

❌ « lim⁡(n+1−n)=∞−∞=0\lim\left(\sqrt{n+1}-\sqrt n\right)=\infty-\infty=0. »

✅ « Pour tout nn, n+1−n=1n+1+n\sqrt{n+1}-\sqrt n=\dfrac1{\sqrt{n+1}+\sqrt n}. Le dénominateur tend vers +∞+\infty, donc la limite est 00. »

c) Une comparaison.

❌ « un=n+sin⁡n≤n+1u_n=n+\sin n\le n+1 et n+1→+∞n+1\to+\infty donc un→+∞u_n\to+\infty. »

✅ « Pour tout nn, sin⁡n≥−1\sin n\ge-1, donc un≥n−1u_n\ge n-1. Comme n−1→+∞n-1\to+\infty, par comparaison un→+∞u_n\to+\infty. »

On minore pour conclure à +∞+\infty : une majoration ne prouve rien.

3. Les erreurs de rédaction propres aux suites

  • Écrire « pour tout nn » dans l'hérédité au lieu de « soit k∈Nk\in\N fixé ».
  • Une hérédité qui n'utilise jamais l'hypothèse de récurrence.
  • Passer à la limite dans un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n) avant d'avoir prouvé la convergence.
  • Oublier de préciser que ℓ\ell appartient à l'intervalle où ff est continue.
  • Garder deux solutions de ℓ=f(ℓ)\ell=f(\ell) sans éliminer celle qui est incompatible avec l'encadrement.
  • Confondre « majorée » et « converge », ou « bornée » et « converge ».
  • Une suite auxiliaire dont on ne dit pas la raison, ou dont le premier terme est faux.
  • Compter nn termes au lieu de n+1n+1 dans une somme de k=0k=0 à nn.
  • Une conjecture présentée comme un résultat démontré.

4. La check-list du chapitre Suites

  • Mes quantificateurs sont justes (« pour tout n∈Nn\in\N », « soit k∈Nk\in\N fixé »).
  • Dans chaque hérédité, j'ai utilisé l'hypothèse de récurrence, et j'ai conclu.
  • Chaque conclusion de convergence nomme le théorème et vérifie ses deux hypothèses.
  • Avant de résoudre ℓ=f(ℓ)\ell=f(\ell), j'ai vérifié : convergence prouvée, ℓ\ell dans l'intervalle, ff continue.
  • Pour chaque limite, j'ai écrit la transformation (factorisation, conjuguée, terme dominant) puis la règle (somme, produit, quotient).
  • J'ai vérifié mes formules avec n=0n=0 et n=1n=1.
  • Dans une somme, j'ai compté le bon nombre de termes.
  • Pour Python, j'ai testé mon script à la main sur les premières valeurs.

😄 Si ton hérédité ne mentionne jamais l'hypothèse de récurrence, c'est que tu as démontré autre chose. Tu peux le vérifier en 5 secondes.

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

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