Écrit par Luc Giraud le 20 juillet 2019. Publié dans Cours en TS
Page 1 sur 2 Théorème: (principe du raisonnement par récurrence)
Théorème En langage mathématique Si:
$n_0 \in \mathbb{N}$:$\mathcal{P}(n_0)$ (initialisation)
$\forall p\geq n_0$:$\mathcal{P}(p)\Rightarrow\mathcal{P}(p+1)$ (hérédité)
Alors: $\forall n\geq n_0, ~ \mathcal{P}(n)$
En langue française Si:
La propriété est vraie à patir d'un certain rang $n_0 $ (initialisation)
Pour tout rang $ p$ plus grand que $ n_0$, la propriété au rang $p$ entraîne la propriété au rang $p+1$. (hérédité)
Alors: La propriété est vraie pour tout rang $n$ plus grand que $n_0$. Exercices
Exemple 1: somme des entiers impairs
Exercice 1: On considère la suite $(u_n)$ définie pour $n\geq1$ par:$$u_n=\sum_{k=1}^n (2k-1)$$ Démontrer que $u_n=n^2$. Exemple 2: somme des carrés
Exercice 2: Démontrer que:$$ \sum_{k=1}^n k^2=\dfrac{n(n+1)(2n+1)}{6}. $$
Exemple 3: somme des cubes
Exercice 3: Démontrer que:$$ \sum_{k=1}^n k^3=\left(\sum_{k=1}^n k\right)^2=\dfrac{n^2(n+1)^2}{4}.
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Raisonnement Par Récurrence Somme Des Carrés Nervurés
Le raisonnement par récurrence est l'un des raisonnements les plus utiles en Terminale de spécialité Mathématiques en France. Le raisonnement par récurrence en image
Ce raisonnement peut-être visualisé par des dominos qui tombent tous quand:
le premier tombe, la chute d'un domino quelconque entraîne inévitablement la chute du suivant. C'est exactement comme cela que se passe la démonstration. Il faut nécessairement deux conditions: une condition initiale, et une implication. Le raisonnement par récurrence formellement
Je ne vais ici parler que de la récurrence simple (autrement appelée récurrence faible, et qui est donc abordée en Terminale Mathématiques de spécialité). Il existe en effet une récurrence forte (voir cette page), mais c'est une autre histoire, bien que variant très peu de la récurrence faible. Considérons une propriété P( n) dépendant d'un entier n ≥ 0. Le principe de récurrence faible stipule que si:
[initialisation] P(0) est vraie; [hérédité] pour tout entier k > 0, si P( k) est vraie alors P( k +1) est vraie.
Raisonnement Par Recurrence Somme Des Carrés
\quad(HR)$$Démontrons alors qu'elle est vraie pour k + 1. Pour cela, regardons le membre de gauche au rang k + 1: $$(1+x)^{k+1} = (1+x)^k \times (1+x). $$Si je l'écris ainsi, c'est pour faire apparaître le membre de gauche de la propriété au rang k. Comme ça, je peux me servir de l'hypothèse de récurrence (HR). En effet, $$\begin{align}(1+x)^k > 1+kx & \Rightarrow (1+x)^k\times(1+x) > (1+kx)(1+x)\\& \Rightarrow (1+x)^{k+1}>1+(k+1)x+kx^2\\&\Rightarrow (1+x)^{k+1} > 1+(k+1)x. \end{align}$$
La dernière inégalité est possible car 1 +( k +1) x + kx ² > 1 + ( k +1) x; en effet, k >0 et x ²>0. Nous avons alors démontré l'hérédité. La propriété est donc vraie pour tout n >1. Le raisonnement par récurrence: étude de suites
On retrouve très souvent le raisonnement par récurrence dans les études des suites de la forme \(u_{n+1} = f(u_n)\). Prenons l'exemple de \(f(x)=\frac{5-4x}{1-x}\), que l'on va définir sur [2;4]. On définit alors la suite \((u_n)\) par son premier terme \(u_0=2\) et par la relation \(u_{n+1}=f(u_n)\), c'est-à-dire:$$u_{n+1}=\frac{5-4u_n}{1-u_n}.
Raisonnement Par Récurrence Somme Des Carrés De Steenrod
$$Pour obtenir l'expression de \(u_{n+1}\), on a juste remplacé x par \(u_n\) dans f( x). La dérivée de f est:$$f'(x)=\frac{1}{(1-x)^2}>0$$ donc f est strictement croissante sur [2;4]. Démontrons par récurrence que pour tout entier naturel n, \(2 \leqslant u_n \leqslant 4\). L'initialisation est réalisée car \(u_0=2\), donc bien compris entre 2 et 4. Supposons que pour un k > 0, \(2 \leqslant u_k \leqslant 4\). Alors, comme f est croissante, les images de chaque membre de ce dernier encadrement par la fonction f seront rangées dans le même ordre:$$f(2) \leqslant f(u_n) \leqslant f(4)$$c'est-à-dire:$$3 \leqslant u_{n+1}\leqslant \frac{11}{3}$$et comme \(\frac{11}{3}<4\) et 2 < 3, on a bien:$$2 \leqslant u_{n+1} \leqslant 4. $$L'hérédité est alors vérifiée. Ainsi, d'après le principe de récurrence, la propriété est vraie pour tout entier naturel n. L'importance de l'initialisation
Il arrive que des propriétés soient héréditaires sans pour autant qu'elles soient vraies. C'est notamment le cas de la propriété suivante:
Pour tout entier naturel n, \(10^n+1\) est divisible par 9.
Raisonnement Par Récurrence Somme Des Carrés Les
La démonstration de cette propriété ( "tous les originaires de Montcuq sont des agrégés de maths") sera donc faite dans un prochain document. Juste après un cours sur la démonstration par récurrence et juste après t'avoir laissé, jeune pousse qui s'essaie aux principes de base des démonstrations, suffisamment de temps pour faire ton en faire trop. Dans le même temps je rendrai publique une démonstration par récurrence qui nous vient du collègue Marco, professeur de physique. * voir ses travaux sur "Poisson snake" en Probabilités (taper ces mots sur Google). A ne pas confondre avec le poisson snakehead, l'un des plus dangereux qui existent sur terre.
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Par exemple, la suite est définie par récurrence. Calcul de l'éventuelle limite d'une suite définie par récurrence
Appelons f la fonction qui donne u n+1 en fonction de u n. Si f est continue et que u est convergente, en appelant l la limite de u et en calculant la limite quand n tend vers +∞ des deux membres de la relation de récurrence, on obtient l'égalité l=f(l). Cette équation permet généralement de calculer la valeur de l. Lecture graphique de l'éventuelle limite d'une suite définie par récurrence
À l'aide d'un dessin, il est possible de déterminer une valeur approximative des termes d'une suite définie par récurrence et de conjecturer sur sa convergence et sa limite. Pour cela, il faut commencer par tracer un repère orthonormé avec la courbe de f, la droite d'équation y=x et placer sur l'axe des abscisses le premier terme connu u 0. Comme u 1 =f(u 0), on peut avec la courbe de f placer u 1 sur l'axe des ordonnées. Puis on rapporte u 1 sur l'axe des abscisses en utilisant la droite d'équation y=x: depuis u 1 sur l'axe des ordonnées, on se déplace horizontalement vers cette droite puis une fois qu'on la touche, on descend vers l'axe des abscisses.
Justifier votre réponse. 2°) Démontrer votre conjecture. Corrigé A vous de jouer!
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