Suite arithmétique

En mathématique, une suite arithmétique est une suite définie sur à valeurs dans un groupe additif E telle qu'il existe un élément de nommé raison pour lequel ...

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Mathématiques élémentaires - Suite de nombres

Définitions :

Suite de nombres dans laquelle la différence r entre deux termes consécutifs est constante. Synonyme de progression arithmétique. (source : netmaths)

En mathématique, une suite arithmétique est une suite définie sur $\{n \in \mathbb N, n \geq n_0\}$ à valeurs dans un groupe additif E telle qu'il existe un élément $\ r$ de $\ E$ nommé raison pour lequel :

$\forall n \geq n_0 \ \ \ u_{n+1} = u_n + r \,$

En pratique $E = \R$ ou $\mathbb C$ . Mais on peut tout autant rencontrer des suites arithmétiques à valeurs dans un espace vectoriel.

On dit tandis que les termes $\ u_n$ sont en «progression arithmétique».

Exemple Si la raison $\ r=2$ et $\ u_0=10$ :

$\ u_0=10$
$\ u_1=12$
$\ u_2=14$
$\vdots$

Terme général

Si $E$ est un groupe et si $(u_n )_{n\in\mathbb N}$ est une suite arithmétique de $E$ de raison $r\in E$ alors, pour tout $n\in\mathbb N$ :

$u_n = u_0 + n \cdot r \,$

D'une façon plus générale, si la suite est définie sur $\{n \in \mathbb N, n \geq n_0\}$ et si n et p appartiennent à A alors :

$u_n = u_p + (n - p) \cdot r \,$

Une suite arithmétique est par conséquent entièrement déterminée par la donnée de son premier terme $u_{n_0}$ et par sa raison r.

Réciproquement, une suite définie sur $\{n \in \mathbb N, n \geq n_0\}$ par

$u_n = u_{n_0} + (n - n_0) \cdot r \,$

est une suite arithmétique de raison r.

En analyse réelle ou complexe, la suite arithmétique est l'aspect discret de la fonction affine.

Sens de variation et convergence

Ce paragraphe concerne les suites arithmétiques à valeurs dans $\R$ .

Si r > 0 la suite est croissante, si r < 0 la suite est décroissante et si r = 0 la suite est constante.

En général (si r est non nul), la suite arithmétique est divergente. Cependant elle admet une limite :

si r > 0 sa limite est $+ \infty$
si r < 0 sa limite est $- \infty$ .
Si la raison est nulle, la suite est constante et converge vers la constante.

Somme des termes

Si $E = \R$ ou $\mathbb C$ et si $(u_n )_{n\in\mathbb N}$ est une suite arithmétique de $E$ alors, pour tout $n\in\mathbb N$ :

$\sum_{0 \le p \le n}u_p={(n+1)\over 2}(u_0+u_n)$

La légende veut que la méthode de calcul fut découverte par Carl Friedrich Gauss, élève dissipé qu'il s'agissait d'occuper ainsi qu'à qui on aurait confié la tâche de calculer la somme de l'ensemble des entiers de 1 à 100. En écrivant la somme deux fois, dans un ordre différent, il obtint :

S = 1 + 2 + 3 +.... + 98 + 99 + 100

S = 100 + 99 + 98 +... + 3 + 2 + 1

Puis, remarquant que 100 + 1 = 99 + 2 = 98 + 3 =... = 101, il obtint facilement

2S = 100 × 101 par conséquent S = 50 × 101.

Légende ou réalité, cette astuce est la méthode de démonstration pour calculer les somme des termes :

S = u 0 + u 1 +... + u n

S = u n + u n - 1 +... + u 0

Remarquant que $u p + u n - p = u 0 + u n$ , il vient

$2S = (n+1) \times (u_0+u_n)$

Cette propriété s'applique pour calculer la somme des n premiers entiers

$1 + 2 + 3 ... + n = \frac{n(n+1)}{2}$

et se généralise à toute somme de termes consécutifs d'une suite arithmétique

$u_p + u_{p+1} + ...+u_n = \frac{(n-p+1)(u_n + u_p)}{2}$

Notons qu'il s'agit de la moyenne du premier et du dernier terme que multiplie le nombre de termes.

Elle se généralise aussi à toute suite à valeurs dans un espace vectoriel sur un corps de caractéristique différente de $2$

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