Le raisonnement par récurrence est l'un des raisonnements les plus utiles en Terminale de spécialité Mathématiques en France. Le raisonnement par récurrence en image
Ce raisonnement peut-être visualisé par des dominos qui tombent tous quand:
le premier tombe, la chute d'un domino quelconque entraîne inévitablement la chute du suivant. C'est exactement comme cela que se passe la démonstration. Il faut nécessairement deux conditions: une condition initiale, et une implication. Le raisonnement par récurrence formellement
Je ne vais ici parler que de la récurrence simple (autrement appelée récurrence faible, et qui est donc abordée en Terminale Mathématiques de spécialité). Il existe en effet une récurrence forte (voir cette page), mais c'est une autre histoire, bien que variant très peu de la récurrence faible. Considérons une propriété P( n) dépendant d'un entier n ≥ 0. Le principe de récurrence faible stipule que si:
[initialisation] P(0) est vraie; [hérédité] pour tout entier k > 0, si P( k) est vraie alors P( k +1) est vraie.
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Bien entendu, si P(0) n'existe pas, on prend P(1) et non P(0). Le raisonnement par récurrence par les exemples
C'est bien connu, rien ne vaut des exemples pour comprendre la théorie…
Le raisonnement par récurrence: propriété d'égalité
Nous allons considérer la propriété suivante:
P( n): \(1^2+2^2+3^2+\cdots+(n-1)^2 + n^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}\). Somme des n carrés des premiers entiers naturels. Nous allons la démontrer par récurrence. Initialisation
La première étape est de constater que cette propriété est vraie pour le premier entier n possible. Ici, c'est n = 1. Quand il s'agit de démontrer une égalité, il faut calculer les deux membres séparément et constater qu'ils sont égaux. Pour n = 1:
le membre de gauche est: 1² = 1; le membre de droite est: \(\frac{n(n+1)(2n+1)}{6}=\frac{1(1+1)(2\times1+1)}{6}=\frac{1\times2\times3}{6}=1\). On constate alors que les deux membres sont égaux. Par conséquent, l'égalité est vraie pour n = 1. P(1) est donc vraie. On dit alors que l'initialisation est réalisée.
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L'étude de quelques exemples ne prouve pas que $P_n$ est vraie pour tout entier $n$! La preuve? Nous venons de voir que $F_5$ n'est pas un nombre premier. Donc $P_5$ est fausse. Nous allons voir qu'un raisonnement par récurrence permet de faire cette démonstration. 2. Principe du raisonnement par récurrence
Il s'agit d'un raisonnement « en escalier ». On démontre que la proriété $P_n$ est vraie pour le premier rang $n_0$ pour démarrer la machine. Puis on démontre que la propriété est héréditaire. Si la propriété est vraie à un rang $n$ donné, on démontre qu'elle est aussi vraie au rang suivant $n+1$. Définition. Soit $n_0$ un entier naturel donné. Pour tout entier naturel $n\geqslant n_0$. On dit que la proposition $P_{n}$ est héréditaire à partir du rang $n_0$ si, et seulement si: $$\color{brown}{\text{Pour tout} n\geqslant n_0:\; [P_{n}\Rightarrow P_{n+1}]}$$ Autrement dit: Pour tout entier $n\geqslant n_0$: [Si $P_{n}$ est vraie, alors $P_{n+1}$ est vraie]. Ce qui signifie que pour tout entier $n$ fixé: Si on suppose que la proposition est vraie au rang $n$, alors on doit démontrer qu'elle est vraie au rang $(n+1)$.
Raisonnement Par Récurrence Somme Des Carrés Les
Plutôt appliquer son intelligence à des conneries que sa connerie à des choses intelligentes... Aujourd'hui 05/03/2006, 19h31
#13
Envoyé par pat7111 La meilleure méthode pour répondre à la question initiale (et sans malhonnêteté) est celle évoquée par Syllys et c'est pas montrueusement compliqué: (coupé pour ne pas prendre trop de place! ) et de proche en proche la somme des puissances que l'on veut... Très joli!!! et astucieux! 05/03/2006, 20h21
#14
Merci, mais c'est pas moi qui l'ait inventé
Comme quoi, quoi qu'en disent certaines mauvaises langues, même plus de dix après, la prépa laisse des traces Plutôt appliquer son intelligence à des conneries que sa connerie à des choses intelligentes...
Raisonnement Par Récurrence Somme Des Carrés Sont Égaux
En fait, je ne me souvenais plus de la formule par cœur, alors j'ai fait comme tu dis... (enfin, je me rappelais quand même que cétait du 3ème degré, mais ça c'est à peu près clair). 05/03/2006, 15h52
#9
D'ailleurs si on prends des cubes de côté 1 que l'on dispose en pyramide (base carrée composée de n² cubes sur laquelle on dispose un carré composé de (n-1)² cubes... ), on voit assez intuitivement que le volume va être en n 3 /3. On retrouve bien le terme de plus haut degré. 05/03/2006, 16h27
#10
et maintenant, si je veux seulement la somme des nombres impaires au carré??? comment m'y prends-je? "J'ai comme l'impression d'avoir moi même quelques problèmes avec ma propre existence" 05/03/2006, 16h30
#11
Salut,
Regarde la somme des nombres pairs au carré. Tu devrais pouvoir l'exprimer... Encore une victoire de Canard! 05/03/2006, 16h55
#12
La meilleure méthode pour répondre à la question initiale (et sans malhonnêteté) est celle évoquée par Syllys et c'est pas montrueusement compliqué:
Soit
Il est clair que
Pour
d'où
En réarrangeant, on retrouve le résultat bien connu
Pour, on fait pareil au cran suivant:
On décale les indices, tout dégage sauf le début et la fin... d'où
et de proche en proche la somme des puissances que l'on veut...
Raisonnement Par Récurrence Somme Des Carrés D
3 2n+6 - 2 n est donc somme de deux multiples de 7, c'est bien un multiple de 7. L'hérédité de la seconde propriété est strictement analogue. On montre pourtant, en utilisant les congruences modulo (
En arithmétique modulaire, on parle de nombres congrus modulo n
Le terme modulo peut aussi... ) 7, qu'elle n'est vraie pour aucun entier (congruences que l'on pourrait d'ailleurs utiliser également pour démontrer la première propriété). L'hérédité doit être démontrée pour tout entier n plus grand ou égal au dernier n₀ pour lequel la propriété a été démontrée directement (initialisation). Si on prend, par exemple, la suite, on peut observer que cette suite est croissante à partir de n = 2 car. Si on cherche à démontrer que pour tout, l'initialisation est facile à prouver car u 1 = 1. l'hérédité aussi car, la suite étant croissante, si alors. Pourtant cette inégalité est vraie seulement pour n = 1. L'hérédité n'a en réalité été prouvée que pour n supérieur ou égal à 2 et non pour n supérieur ou égal à 1.
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.
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