Convergence et divergence des suites

Les limites de suites te permettent de prévoir le comportement d'une suite quand n devient très grand. C'est comme regarder où va une suite à l'infini !

Une suite converge vers l quand ses termes se rapprochent de plus en plus d'un nombre l. Concrètement, tous les termes finissent par rester dans une petite bande autour de l, peu importe la taille de cette bande.

À l'inverse, une suite diverge si elle ne converge pas vers un nombre fini. Elle peut diverger vers +∞ (les termes deviennent de plus en plus grands) ou simplement ne pas avoir de limite du tout.

Astuce : Pour reconnaître la convergence, demande-toi si les termes de la suite se "stabilisent" autour d'une valeur.

Calculs de limites et théorèmes de comparaison

Attention aux formes indéterminées ! Les expressions ∞-∞, ∞×0, 0/0 et ∞/∞ ne donnent pas directement une réponse - il faut creuser davantage.

Les tableaux de sommes, produits et quotients te donnent les règles pour combiner les limites. Par exemple, un nombre fini plus l'infini donne l'infini, mais infini moins infini reste indéterminé.

Le théorème de comparaison est ton allié quand une suite est coincée entre deux autres. Si tu montres qu'une suite est plus grande qu'une autre qui tend vers +∞, alors elle tend aussi vers +∞.

Le théorème des gendarmes fonctionne comme un sandwich : si une suite est coincée entre deux suites qui tendent vers la même limite l, alors elle tend aussi vers l.

Exemple pratique : Pour um = -5 + sin(m)/m, utilise -1 ≤ sin(m) ≤ 1 pour encadrer la suite et trouver sa limite.

Suites géométriques et théorème de convergence

Les suites géométriques qm ont des comportements très prévisibles selon la valeur de q. Retiens que si |q| < 1, la suite tend vers 0, et si q > 1, elle explose vers +∞.

Le théorème de convergence des suites monotones est un outil puissant : une suite croissante et majorée converge toujours, une suite décroissante et minorée aussi.

Pour appliquer ce théorème, tu dois prouver deux choses : que ta suite est monotone (croissante ou décroissante) et qu'elle est bornée. C'est exactement ce qu'on fait avec l'exemple de récurrence.

La technique consiste à montrer par récurrence que tous les termes restent dans un intervalle borné, puis à étudier les variations.

Méthode : Commence toujours par vérifier si ta suite est monotone avant d'appliquer ce théorème !

Application pratique des théorèmes

Avec l'exemple u₀ = 2 et un+1 = (1/3)un + 2, on voit la méthode complète en action. D'abord, on prouve que la suite est majorée par 4 using la récurrence.

L'initialisation vérifie que u₀ = 2 < 4. L'hérédité suppose que uk ≤ 4 et montre que uk+1 ≤ 4 aussi en utilisant la relation de récurrence.

Cette démarche systématique te garantit que tous les termes de la suite restent sous la barre des 4. Combiné avec l'étude de la monotonie, tu peux conclure sur la convergence.

La beauté de cette méthode, c'est qu'elle fonctionne même quand tu ne connais pas la limite exacte - tu sais juste qu'elle existe !

Rappel : Une suite croissante et majorée converge forcément, même si tu ne connais pas sa limite précise.

Le raisonnement par récurrence : principe général

Le raisonnement par récurrence suit toujours le même plan en trois étapes. C'est comme gravir une échelle infinie : tu montres que tu peux monter sur le premier barreau, puis que tu peux passer d'un barreau au suivant.

L'initialisation vérifie que ta propriété est vraie au rang de départ $souvent n = 0 ou n = 1$. C'est ton point d'ancrage, absolument essentiel.

L'hérédité suppose que la propriété est vraie au rang k et démontre qu'elle l'est aussi au rang k+1. C'est le cœur de la récurrence - tu crées une chaîne logique ininterrompue.

La conclusion rassemble tout : puisque la propriété est initialisée et héréditaire, elle est vraie pour tous les rangs à partir du rang initial.

Astuce : Pense à la récurrence comme à un effet domino - si le premier tombe et que chaque domino fait tomber le suivant, tous tombent !

Applications de la récurrence

L'exemple avec un = $n+1$² montre parfaitement comment établir une formule générale. Tu pars de la relation de récurrence un+1 = un + 2n + 3 et tu prouves l'expression directe.

L'initialisation compare u₀ = 1 avec (0+1)² = 1 - c'est égal ! Pour l'hérédité, tu supposes uk = $k+1$² et tu calcules uk+1 en utilisant la relation de récurrence.

Le calcul algébrique montre que uk+1 = $k+2$², exactement ce qu'il fallait démontrer. Cette technique révèle la structure cachée de ta suite.

La récurrence sert aussi à prouver la monotonie. L'exemple u₀ = 2, un+1 = √$3un + 2$ montre comment établir que chaque terme est plus grand que le précédent.

Méthode : Pour prouver qu'une suite est croissante, montre par récurrence que un+1 > un pour tout n.

Techniques avancées de récurrence

La fin de l'exemple sur la monotonie révèle une technique puissante : utiliser les propriétés des fonctions dans la récurrence. Ici, on applique la racine carrée qui est croissante sur [0;+∞[.

Quand tu as 3uk+1 > 3uk > 0, tu peux ajouter 2 des deux côtés, puis appliquer la racine carrée en préservant l'ordre. Cette manipulation donne uk+2 > uk+1 > 0.

Cette approche combine récurrence et étude de fonctions - c'est exactement le type de raisonnement qu'on attend de toi en Terminale. Tu montres ta maîtrise des outils mathématiques.

La clé est de repérer que un+1 = f(un) où f(x) = √$3x + 2$, puis d'utiliser que f est croissante pour conserver les inégalités.

Point clé : Quand une suite est définie par un+1 = f(un), les propriétés de f (monotonie, continuité) influencent directement le comportement de la suite.