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Sciences · Mathématiques

Les suites arithmétiques

Une suite est arithmétique si l’on passe d’un terme au suivant en ajoutant toujours le même nombre r, appelé raison : uₙ₊₁ = uₙ + r. Son terme général est uₙ = u₀ + n × r ; elle modélise les croissances linéaires.

Mis à jour le 3 min de lecture

Les suites arithmétiques sont au programme de première (spécialité et tronc commun technologique). Elles décrivent toute situation où une quantité augmente ou diminue d’une valeur fixe à chaque étape : une épargne de 50 € par mois, un loyer augmentant de 20 € par an, des places de théâtre ajoutées à chaque rang. La fiche suites numériques présente le cadre général.

Reconnaître une suite arithmétique

Méthode : calculer uₙ₊₁ − uₙ. Si cette différence est une constante (indépendante de n), la suite est arithmétique de raison cette constante.

  • uₙ = 5n − 2 : uₙ₊₁ − uₙ = 5(n + 1) − 2 − (5n − 2) = 5. Arithmétique de raison 5.
  • vₙ = n² : vₙ₊₁ − vₙ = 2n + 1, qui dépend de n. Pas arithmétique.

Pour prouver qu’une suite n’est pas arithmétique, un contre-exemple suffit : v₁ − v₀ = 1 et v₂ − v₁ = 3.

Calculer un terme

Exemple : u₀ = 7 et r = 3. Alors u₁₀ = 7 + 10 × 3 = 37 et u₁₀₀ = 307.

Entre deux termes quelconques : uₙ = uₚ + (n − p) × r. Si u₄ = 20 et u₉ = 45, alors 5r = 25, donc r = 5 et u₀ = 20 − 4 × 5 = 0.

Sens de variation

RaisonSuite
r > 0strictement croissante
r = 0constante
r < 0strictement décroissante

Si r > 0, la suite tend vers +∞ ; si r < 0, vers −∞.

Représentation graphique

Les points (n ; uₙ) sont alignés sur une droite de coefficient directeur r : une suite arithmétique est la version « discrète » d’une fonction affine x ↦ rx + u₀. On parle de croissance linéaire.

La somme des termes

Somme des entiers de 1 à n : 1 + 2 + … + n = n(n + 1)/2. Exemple : 1 + 2 + … + 100 = 5 050, résultat que l’on attribue, selon une anecdote célèbre, au jeune Gauss. Ces sommes sont les nombres triangulaires.

Somme de termes consécutifs d’une suite arithmétique :

S = nombre de termes × (premier terme + dernier terme) / 2

Idée : on écrit la somme à l’endroit et à l’envers, chaque paire de termes donne la même somme.

Exemple : u₀ = 7, r = 3. Somme de u₀ à u₁₀ : 11 termes, dernier terme 37. S = 11 × (7 + 37)/2 = 11 × 22 = 242.

Exemple concret

Léa économise 20 € le premier mois, puis 5 € de plus chaque mois suivant. Le n-ième mois (n ≥ 1), elle épargne uₙ = 20 + (n − 1) × 5. Le 12ᵉ mois : u₁₂ = 75 €. Sur un an : S = 12 × (20 + 75)/2 = 570 €.

Erreurs fréquentes

  • Se tromper d’indice de départ : avec u₁, la formule est u₁ + (n − 1)r.
  • Mal compter les termes : de u₀ à u₁₀, il y a 11 termes ; de u₅ à u₂₀, il y en a 16.
  • Confondre avec une suite géométrique, où l’on multiplie (voir suite géométrique).
  • Prouver avec deux exemples qu’une suite est arithmétique : il faut un calcul général.

Exercice corrigé

Soit (uₙ) arithmétique avec u₀ = −4 et r = 2,5.

  1. u₈ = −4 + 8 × 2,5 = 16.
  2. La suite est croissante (r > 0).
  3. Pour quel n a-t-on uₙ = 46 ? −4 + 2,5n = 46, n = 20.
  4. Somme u₀ + … + u₂₀ : 21 termes, S = 21 × (−4 + 46)/2 = 441.
  5. Un amphithéâtre a 18 places au 1er rang et 2 de plus à chaque rang. Le 15ᵉ rang compte 18 + 14 × 2 = 46 places ; les 15 rangs : 15 × (18 + 46)/2 = 480 places.

Questions fréquentes

Comment savoir si une suite est arithmétique ?

On calcule uₙ₊₁ − uₙ. Si le résultat est un nombre constant, la suite est arithmétique et ce nombre est sa raison.

Quelle est la formule d’une suite arithmétique ?

uₙ = u₀ + n × r, ou uₙ = u₁ + (n − 1) × r si le premier terme est u₁.

Comment calculer la somme des termes ?

Nombre de termes × (premier + dernier) ÷ 2. Pour 3 + 7 + 11 + … + 43 (11 termes), on obtient 11 × 46 ÷ 2 = 253.

Quelle différence avec une suite géométrique ?

Une suite arithmétique ajoute une constante (croissance linéaire) ; une suite géométrique multiplie par une constante (croissance exponentielle).

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