conclusion: la propriété $P_n$ est vraie pour tout $n\geq 1$. Il ne faut pas oublier l'initialisation! On peut prouver que la propriété $P_n$: "$3$ divise $4^n+1$" est héréditaire.... mais toujours fausse! Il existe toute une variété de raisonnement par récurrence:
les récurrences doubles: on procède 2 par 2, c'est-à-dire que l'on prouve que
$P_0$ et $P_1$ sont vraies, et on suppose que $P_n$, $P_{n+1}$ sont vraies pour prouver que
$P_{n+1}$ et $P_{n+2}$ sont vraies. les récurrences descendantes: on prouve qu'à un certain rang $k$, $P_k$ est vraie, et on montrer que
si $P_n$ est vraie, alors $P_{n-1}$ est vraie. Alors les propriétés $P_0, \dots, P_k$ sont vraies! C'est à Pascal que l'on doit la première utilisation du raisonnement par récurrence, dans le Traité du triangle arithmétique. Ses correspondances permettent même de dater la découverte avec précision, entre le 29 juillet et le 29 aout 1654. Pour Poincaré, le raisonnement par induction est LE raisonnement mathématique par excellence.
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Cours de terminale
Nous avons introduit les suites en première afin d'étudier les phénomènes répétitifs: nous avons vu ce qu'est une suite croissante, décroissante, monotone, majorée, minorée, bornée,
et nous avons étudié les suites arithmétiques et géométriques. Puis, dans le premier cours de terminale, nous avons introduit la notion de convergence et nous avons appris à calculer des limites de suites. Dans ce cours, nous allons voir ce que sont des suites adjacentes, puis nous verrons des propriétés de convergence des suites et étudierons plus précisément
le cas des suites définies par une relation de récurrence. Cela nous amènera ensuite à parler du raisonnement par récurrence qui permet de réaliser
des démonstrations de propriétés mathématiques. Vocabulaire
Pour rappel, une suite convergente est une suite qui tend vers un certain nombre, appelé limite de la suite, lorsque n tend vers l'infini. C'est donc une suite u telle qu'il existe un nombre réel l tel que. Une suite qui n'est pas convergente est dite divergente.
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A l'opposé de la vision intuitionniste de Poincaré, il est parfois possible de faire des raisonnement par récurrence (ou tout comme... ) dans des ensembles non dénombrables, en utilisant le lemme de Zorn.
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3. On montre que pour tout entier naturel n, si P n est vraie,
alors P n+1 est encore vraie. Pour rédiger, on écrit: "Soit n un nombre entier naturel. Supposons que P n soit vraie". On doit montrer que P n+1 est encore vraie, donc que 4 n+1 -1 est un multiple de 3. C'est l'étape la plus difficile, mais après quelques calculs, on y arrive. 4 n ×3 est bien sûr un multiple de 3. 4 n -1 est un multiple de 3 car P n est vraie. La somme de deux multiples de 3 est un multiple de 3 donc 4 n ×3+4 n -1 est un multiple de 3. Donc 4 n+1 -1 est un multiple de 3, donc P n+1 est vraie. 4. On conclut. Comme P 0 est vraie et que pour tout entier naturel n, P n ⇒P n+1, on a P 0 ⇒P 1,
donc P 1 est vraie, puis P 1 ⇒P 2 donc P 2 est vraie, etc.
Donc P n est vraie pour tout n. Pour rédiger, on écrit simplement: "Par principe de récurrence, P n est vraie pour tout n". Le raisonnement par récurrence sur
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Le raisonnement par récurrence est un puissant outil de démonstration particulièrement utile pour l'étude des suites, il permet notamment de prouver la validité d'une conjecture faite à partir de l'expression par récurrence d'une suite pour trouver son expresion directe (qui ne dépend que l'indice "n"). Le principe du raisonnement par récurrence Si une proposition P(n) (qui dépend d'un indice "n" entier) répond à ces deux critères: - P(n 0) est vraie - Si l'on suppose que pour n n 0 le fait que P(n) soit vrai implique que P(n+1) le soit aussi Alors la proposition P(n) est vraie pour tout n n 0 Mise en pratique du raisonnement par récurrence D'après ce qui précède, il s'effectue toujours en deux étapes: Première étape On l'appelle "'initialisation", elle consiste à vérifier que que le terme n 0 (souvent zéro) de la proposition est vraie.
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L'idée de partir sur le somme de n premiers impairs (qui est égale à n², voir un peu plus loin dans ce forum) est excellente. Aujourd'hui 05/03/2006, 15h39
#7
matthias
Envoyé par fderwelt Mais c'est vrai que cete expression de P(n) n'est pas franchement intuitive, et que la balancer dans une récurrence comme si on avait eu la révélation, c'est pas très honnête. Une autre solution un peu moins malhonnête (mais juste un peu) consiste à supposer que l'on va obtenir un polynôme de degré 3, et d'en calculer les coefficients à l'aide des premiers termes. Ensuite on montre le tout rigoureusement par récurrence. Ca permet aussi de retrouver facilement le résultat si on ne connait pas la formule par coeur. 05/03/2006, 15h45
#8
Envoyé par matthias Une autre solution un peu moins malhonnête (mais juste un peu) consiste à supposer que l'on va obtenir un polynôme de degré 3, et d'en calculer les coefficients à l'aide des premiers termes. Ensuite on montre le tout rigoureusement par récurrence. Ca permet aussi de retrouver facilement le résultat si on ne connait pas la formule par coeur.
suite arithmétique |
raison suite arithmétique |
somme des termes |
1+2+3+... +n |
1²+2²+... +n² et 1²+3²+... +(2n-1)² |
1³+2³+... +n³ et 1³+3³+... (2n-1)³ |
1 4 +2 4 +... +n 4 |
exercices
La suite des carrés des n premiers entiers est 1, 4, 9, 16, 25,..., n 2 − 2n + 1, n 2. Elle peut encore s'écrire sous la forme 1 2, 2 2, 3 2, 4 2,..., (n − 1) 2, n 2. Nous pouvons ainsi définir 3 suites S n, S n 2 et S n 3. S n est la somme des n premiers entiers. S n = 1 + 2 + 3 + 4 +...... + n. S n 2 est la somme des n premiers carrés. S n 2 = 1 2 + 2 2 + 3 2 + 4 2 +...... + n 2. S n 3 est la somme des n premiers cubes. S n 3 = 1 3 + 2 3 + 3 3 + 4 3 +...... + n 3. Cherchons une formule pour la somme des n premiers carrés. Il faut utiliser le développement du terme (n + 1) 3 qui donne:
(n + 1) 3 = (n + 1) (n + 1) 2 = (n + 1) (n 2 + 2n + 1) = n 3 + 3n 2 + 3n + 1.
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