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Leçon 6

Suites géométriques

Vidéo 6 : Les suites géométriques · 4 min 06 s · sous-titres en français

Le cours écrit

6.1 Définition

Définition. Une suite (un)(u_n) est géométrique s'il existe un réel qq tel que, pour tout nn, un+1=q un.u_{n+1} = q\,u_n. Le réel qq est la raison de la suite : on passe d'un terme au suivant en multipliant toujours par le même nombre.

Démontrer qu'une suite est géométrique. On écrit un+1u_{n+1} sous la forme q×unq \times u_n, avec qq indépendant de nn. Si les termes ne s'annulent pas, cela revient à montrer que le quotient un+1un\dfrac{u_{n+1}}{u_n} ne dépend pas de nn.

Exemple 26. Soit un=22n+1u_n = 2^{2n+1}. Pour tout nn, un+1=22n+3=22×22n+1=4 unu_{n+1} = 2^{2n+3} = 2^2 \times 2^{2n+1} = 4\,u_n. La suite est géométrique, de raison 44 et de premier terme u0=2u_0 = 2.

En revanche, pour vn=n×2nv_n = n \times 2^n : v1=2v_1 = 2, v2=8v_2 = 8, v3=24v_3 = 24, et v2v1=4≠v3v2=3\dfrac{v_2}{v_1} = 4 \neq \dfrac{v_3}{v_2} = 3. La suite (vn)(v_n) n'est pas géométrique.

Pourcentages. Augmenter une quantité de t %t\,\% revient à la multiplier par 1+t1001 + \dfrac{t}{100} ; la diminuer de t %t\,\%, à la multiplier par 1−t1001 - \dfrac{t}{100}. Une quantité qui augmente chaque année du même pourcentage suit donc une suite géométrique.

Exemple 27 (modèle simplifié). Une ville compte 50 00050\,000 habitants en 2026, et sa population augmente de 3 %3\,\% par an. On note pnp_n la population en 2026+n2026 + n : p0=50 000p_0 = 50\,000 et pn+1=1,03 pnp_{n+1} = 1{,}03\,p_n. La suite (pn)(p_n) est géométrique de raison 1,031{,}03.

6.2 Terme général

Propriété. Si (un)(u_n) est géométrique de raison qq, alors pour tout entier naturel nn, un=u0 qnu_n = u_0\,q^n, et pour tous entiers n≥pn \geq p, un=up qn−pu_n = u_p\,q^{n-p}.

Justification. Pour aller de u0u_0 à unu_n, on multiplie nn fois par qq (on le démontre par récurrence, comme pour les suites arithmétiques).

Exemple 28. Dans l'exemple 27, pn=50 000×1,03np_n = 50\,000 \times 1{,}03^n. En 2036, la population est p10=50 000×1,0310≈67 196p_{10} = 50\,000 \times 1{,}03^{10} \approx 67\,196 habitants.

Exemple 29. (un)(u_n) est géométrique, avec u1=6u_1 = 6 et u4=162u_4 = 162. Comme u4=u1 q3u_4 = u_1\,q^3, on a q3=27q^3 = 27, donc q=3q = 3. Puis u0=u1q=2u_0 = \dfrac{u_1}{q} = 2, et un=2×3nu_n = 2 \times 3^n. Par exemple u6=1 458u_6 = 1\,458.

6.3 Sens de variation et représentation

Pour tout nn, un+1−un=u0 qn+1−u0 qn=u0 qn(q−1)u_{n+1} - u_n = u_0\,q^{n+1} - u_0\,q^n = u_0\,q^n(q - 1). Lorsque u0>0u_0 > 0 et q>0q > 0 :

  • si q>1q > 1, la suite est strictement croissante ;
  • si 0<q<10 < q < 1, elle est strictement décroissante ;
  • si q=1q = 1, elle est constante.

Si u0<0u_0 < 0, les sens sont inversés. Si q<0q < 0, les termes changent de signe à chaque rang : la suite n'est pas monotone.

Les points Mn(n ;un)M_n(n\,;u_n) ne sont pas alignés. Avec un=2×3nu_n = 2 \times 3^n, ils montrent une croissance de plus en plus rapide : on multiplie à chaque pas. Avec un=8×(12)nu_n = 8 \times \left(\dfrac12\right)^n, ils se rapprochent de l'axe des abscisses. Avec un=8×(−12)nu_n = 8 \times \left(-\dfrac12\right)^n, les termes placés sur un axe sautent d'un côté à l'autre de 00, en s'en rapprochant.

6.4 Somme de termes consécutifs

Propriété (formule du programme). Pour tout réel xx et tout entier naturel nn, (1+x+x2+⋯+xn)(1−x)=1−xn+1.\left(1 + x + x^2 + \cdots + x^n\right)(1 - x) = 1 - x^{n+1}. Démonstration. En développant, on obtient (1+x+⋯+xn)−(x+x2+⋯+xn+1)\left(1 + x + \cdots + x^n\right) - \left(x + x^2 + \cdots + x^{n+1}\right) : tous les termes se simplifient, sauf 11 et −xn+1-x^{n+1}.

Conséquence. Pour tout réel q≠1q \neq 1, 1+q+q2+⋯+qn=∑k=0nqk=1−qn+11−q.1 + q + q^2 + \cdots + q^n = \sum_{k=0}^{n} q^k = \frac{1 - q^{n+1}}{1 - q}. Si q=1q = 1, la somme vaut n+1n + 1.

Propriété. La somme de termes consécutifs d'une suite géométrique de raison q≠1q \neq 1 vaut S=(premier terme)×1−qnombre de termes1−q.S = (\text{premier terme}) \times \frac{1 - q^{\text{nombre de termes}}}{1 - q}. En effet, up+up+1+⋯+un=up(1+q+⋯+qn−p)=up 1−qn−p+11−qu_p + u_{p+1} + \cdots + u_n = u_p\left(1 + q + \cdots + q^{n-p}\right) = u_p\,\dfrac{1 - q^{n-p+1}}{1 - q}.

Exemple 30. 1+2+4+⋯+210=1−2111−2=211−1=2 0471 + 2 + 4 + \cdots + 2^{10} = \dfrac{1 - 2^{11}}{1 - 2} = 2^{11} - 1 = 2\,047.

Exemple 31. Avec un=2×3nu_n = 2 \times 3^n (exemple 29) : ∑k=05uk=2×1−361−3=2×−728−2=728\displaystyle\sum_{k=0}^{5} u_k = 2 \times \frac{1 - 3^6}{1 - 3} = 2 \times \frac{-728}{-2} = 728. Vérification : 2+6+18+54+162+486=7282 + 6 + 18 + 54 + 162 + 486 = 728.

Exemple 32. 1+12+14+⋯+12n=1−(12)n+11−12=2(1−12n+1)=2−12n1 + \dfrac12 + \dfrac14 + \cdots + \dfrac{1}{2^n} = \dfrac{1 - \left(\frac12\right)^{n+1}}{1 - \frac12} = 2\left(1 - \dfrac{1}{2^{n+1}}\right) = 2 - \dfrac{1}{2^n}.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 10 et 11

  • Exercice 10 : suites géométriques, sommes
  • Exercice 11 : deux modèles simplifiés

Exercices du chapitre (PDF, 337 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 405 Ko)

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