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Mathématiques · Classes prépa (CPGE) — 1ère année — ECS

Nombres réels et suites numériques

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Propriété de la borne supérieure : Toute partie non vide et majorée de $\mathbb{R}$ admet une borne supérieure dans $\mathbb{R}$.
  • Suites numériques : Une suite $(u_n)_{n \in \mathbb{N}}$ est convergente vers $\ell \in \mathbb{R}$ si $\forall \varepsilon > 0, \exists N \in \mathbb{N}, n \geq N \implies |u_n - \ell| < \varepsilon$.
  • Théorème de la limite monotone : Toute suite croissante et majorée est convergente.
  • Suites adjacentes : $(u_n)$ et $(v_n)$ sont adjacentes si $(u_n)$ est croissante, $(v_n)$ est décroissante et $\lim_{n \to +\infty} (u_n - v_n) = 0$. Elles convergent vers la même limite.

Méthodes à maîtriser

  • Étude de la monotonie : Étudier le signe de $u_{n+1} - u_n$ ou comparer $u_{n+1}/u_n$ à 1 (si $u_n > 0$).
  • Raisonnement par récurrence : Indispensable pour démontrer une propriété sur les suites définies par récurrence.
  • Utilisation des suites extraites : Si $(u_{2n})$ et $(u_{2n+1})$ convergent vers la même limite $\ell$, alors $(u_n)$ converge vers $\ell$.

Exemples corrigés

  • Exemple 1 : Soit $u_n = \frac{1}{n}$. Elle est décroissante et minorée par 0, donc elle converge vers 0.
  • Exemple 2 : Suite $u_{n+1} = \sqrt{u_n + 2}$. On montre par récurrence qu'elle est majorée par 2 et croissante, donc elle converge vers $L = \sqrt{L+2} \implies L=2$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre "suite bornée" et "suite convergente" (ex: $(-1)^n$ est bornée mais diverge).
  • Oublier de vérifier la monotonie avant d'utiliser le théorème de la limite monotone.
  • Affirmer qu'une suite est croissante sans vérifier le signe de la différence.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Nombres réels et suites numériques

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La suite $u_n = (-1)^n$ est :

❓ Questions fréquentes

Comment montrer qu'une suite est majorée ?
  1. Utilise le raisonnement par récurrence : vérifie l'initialisation pour $n=0$ et suppose que $u_n \leq M$ pour montrer que $u_{n+1} \leq M$.
  2. Étudie les variations de la fonction associée $f$ si $u_{n+1} = f(u_n)$.

💡 À retenir : La récurrence est l'outil principal pour les suites définies par récurrence.

Kifach n3ref wach suite convergente wla la ?
  1. Chouf wach monotoone (katzed dima ola katn9es dima).
  2. Ila kant monotoone, chouf wach bornée (majorée ola minorée).
  3. Ila kant monotoone + bornée, rah convergente (Théorème de la limite monotone).

💡 À retenir : Monotone + Bornée = Convergence.

C'est quoi la différence entre une suite et une série ?
  1. Une suite $(u_n)$ est une liste ordonnée de nombres.
  2. Une série est la somme des termes d'une suite : $S_n = \sum_{k=0}^n u_k$.

💡 À retenir : La série est la somme cumulée de la suite.

Kifach n7seb la limite dyal suite u{n+1} = f(un) ?
  1. Montre d'abord que la suite est convergente (monotone et bornée).
  2. Soit $L$ sa limite. Comme $f$ est continue, on résout l'équation $f(L) = L$.

💡 À retenir : Si la suite converge, sa limite est un point fixe de $f$.

Est-ce que toute suite bornée est convergente ?

Non, prends $u_n = (-1)^n$. Elle est bornée entre -1 et 1, mais elle ne converge pas car elle oscille.

💡 À retenir : Bornée n'implique pas convergente.

Chno hiya suite adjacente ?
  1. Wa7da katzed ($u_n \uparrow$) et lokhra katn9es ($v_n \downarrow$).
  2. Lfarq binathom $u_n - v_n$ kaymchi l zero.

💡 À retenir : Elles se "rencontrent" à l'infini en une limite commune.

Comment utiliser le théorème de Bolzano-Weierstrass ?

Il dit que de toute suite bornée, on peut extraire une sous-suite convergente. C'est utile pour prouver l'existence d'une limite sans la calculer.

💡 À retenir : C'est un théorème d'existence, pas de calcul.

Peut-on utiliser la dérivée pour une suite ?

Oui, si $u_{n+1} = f(u_n)$, le signe de $f'(x)$ sur l'intervalle où se trouve la suite donne le sens de variation de $f$, ce qui aide à étudier la monotonie de $(u_n)$.

💡 À retenir : La fonction associée aide à comprendre la suite.

C'est quoi la borne supérieure ?

C'est le plus petit des majorants d'une partie de $\mathbb{R}$.

💡 À retenir : C'est le "plafond" le plus bas possible.

Kifach nbiyen bli suite géométrique ?

Il faut calculer le rapport $u_{n+1} / u_n$ et montrer qu'il est égal à une constante $q$ indépendante de $n$.

💡 À retenir : $u_{n+1} = q \cdot u_n$.

Pourquoi on étudie les suites extraites ?

Parfois, la suite globale est difficile à étudier, mais les sous-suites (ex: termes pairs et impairs) sont plus simples.

💡 À retenir : Diviser pour mieux régner.

Est-ce que la limite d'une suite dépend du premier terme u0 ?

Oui, pour les suites récurrentes $u_{n+1} = f(u_n)$, le point de départ $u_0$ peut faire converger la suite vers différents points fixes.

💡 À retenir : La condition initiale est cruciale.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $(u_n){n \in \mathbb{N}}$ définie par $u_0 = 1$ et $u{n+1} = \sqrt{u_n + 6}$.

  1. Montrer que $\forall n \in \mathbb{N}, 0 \leq u_n \leq 3$.
  2. Montrer que $(u_n)$ est croissante.
  3. En déduire que $(u_n)$ converge et calculer sa limite.
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Exercice 2

Soient $u_n = \sum_{k=1}^n \frac{1}{k^2}$ et $v_n = u_n + \frac{1}{n}$. Montrer que $(u_n)$ et $(v_n)$ sont adjacentes.

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Exercice 3

Soit $u_n = \frac{2^n + 3^n}{4^n}$. Étudier la convergence de $(u_n)$.

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