Mathématique en Terminale S Le raisonnement par récurrence

Documents pareils
La fonction exponentielle

Raisonnement par récurrence Suites numériques

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

108y= 1 où x et y sont des entiers

III- Raisonnement par récurrence

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

INTRODUCTION. 1 k 2. k=1

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Commun à tous les candidats

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Correction du baccalauréat ES/L Métropole 20 juin 2014

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

a et b étant deux nombres relatifs donnés, une fonction affine est une fonction qui a un nombre x associe le nombre ax + b

Première partie. Préliminaires : noyaux itérés. MPSI B 6 juin 2015

Chapitre 2. Eléments pour comprendre un énoncé

O, i, ) ln x. (ln x)2

6. Les différents types de démonstrations

FONCTION EXPONENTIELLE ( ) 2 = 0.

Baccalauréat ES/L Métropole La Réunion 13 septembre 2013 Corrigé

Problèmes de Mathématiques Filtres et ultrafiltres

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

CCP PSI Mathématiques 1 : un corrigé

Maple: premiers calculs et premières applications

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Logique. Plan du chapitre

D'UN THÉORÈME NOUVEAU

Baccalauréat L spécialité, Métropole et Réunion, 19 juin 2009 Corrigé.

Suites numériques 4. 1 Autres recettes pour calculer les limites

Triangle de Pascal dans Z/pZ avec p premier

Relation d ordre. Manipulation des relations d ordre. Lycée Pierre de Fermat 2012/2013 Feuille d exercices

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

Probabilités conditionnelles Exercices corrigés

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Mathématiques I Section Architecture, EPFL

Manuel d utilisation 26 juin Tâche à effectuer : écrire un algorithme 2

3 Approximation de solutions d équations

IUT de Laval Année Universitaire 2008/2009. Fiche 1. - Logique -

Chapitre 7 : Intégration sur un intervalle quelconque

La maison Ecole d ' Amortissement d un emprunt Classe de terminale ES. Ce qui est demandé. Les étapes du travail

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Développements limités

Corrigé des TD 1 à 5

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Correction de l examen de la première session

Cours de mathématiques

Les équations différentielles

EXERCICES - ANALYSE GÉNÉRALE

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

Fonctions de plusieurs variables

Cryptographie et fonctions à sens unique

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

ÉTUDE ASYMPTOTIQUE D UNE MARCHE ALÉATOIRE CENTRIFUGE

Mesure d angles et trigonométrie

Continuité en un point

Objectifs du cours d aujourd hui. Informatique II : Cours d introduction à l informatique et à la programmation objet. Complexité d un problème (2)

Développement décimal d un réel

Chapitre 1 : Évolution COURS

FONDEMENTS DES MATHÉMATIQUES

Carl-Louis-Ferdinand von Lindemann ( )

ALGORITHMIQUE II NOTION DE COMPLEXITE. SMI AlgoII

mathématiques mathématiques mathématiques mathématiques

EXPLOITATIONS PEDAGOGIQUES DU TABLEUR EN STG

Image d un intervalle par une fonction continue

Correction du bac blanc CFE Mercatique

Dualité dans les espaces de Lebesgue et mesures de Radon finies

Leçon 01 Exercices d'entraînement

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

SOCLE COMMUN - La Compétence 3 Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique

Développements limités. Notion de développement limité

Polynômes à plusieurs variables. Résultant

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

Limites finies en un point

mathématiques mathématiques mathématiques mathématiques mathématiques mathématiques SÉRIE ES ANNALES DES SUJETS DE MATHÉMATIQUES SESSION 2013

I. Cas de l équiprobabilité

Problème : Calcul d'échéanciers de prêt bancaire (15 pt)

1 Définition et premières propriétés des congruences

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

Chapitre VI - Méthodes de factorisation

Rappels sur les suites - Algorithme

Cours d arithmétique Première partie

Le théorème de Thalès et sa réciproque

3. Conditionnement P (B)

PRIME D UNE OPTION D ACHAT OU DE VENTE

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Mais comment on fait pour...

Algorithmes récursifs

Angles orientés et trigonométrie

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Chapitre 3 Les régimes de fonctionnement de quelques circuits linéaires

Ma banque, mes emprunts et mes intérêts

ÉPREUVE COMMUNE DE TIPE Partie D

Exo7. Calculs de déterminants. Fiche corrigée par Arnaud Bodin. Exercice 1 Calculer les déterminants des matrices suivantes : Exercice 2.

Cryptographie RSA. Introduction Opérations Attaques. Cryptographie RSA NGUYEN Tuong Lan - LIU Yi 1

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

Les droites (d 1 ) et (d 2 ) sont sécantes en A Le point A est le point d intersection des 2 droites

Transcription:

Mathématique en Le raisonnement par récurrence Le raisonnement par récurrence est un raisonnement mathématique qui permet de démontrer qu une propriété dépendant d un entier n, est vrai quelque soit l entier n. Par exemple, les propriétés : P n : n,(e x ) n = e x n, x R et Q n : Quelque soit n, le nombre F n = 2 2n +1 est premier Ces propriétés a priori peuvent être vraies ou fausses. Nous savons que la première propriété est vraie pour tout n entier et tout réel x; en effet,elle a été donnée dans le cours sur la fonction exponentielle sans démonstration. Utilisons alors le raisonnement par récurrence pour la démontrer. Le raisonnement par récurrence Il se décline toujours en trois étapes : d abord,démontrer que la propriété est vraie dans les premiers termes, n = 0 ou n = 1 en général;c est état initial. ensuite,démontrer que la propriété est héréditaire; c est-à-dire que supposant que la propriété est vraie au rang k quelconque, cela implique qu elle le devient au rang suivant c est-à-dire au rang k +1; enfin,de conclure alors que la propriété est vrai quelque soit l entier n. Appliquons cette méthode à la propriété P n pour démontrer qu elle est vraie quelque soit l entier n. Etat initial P 0 est vraie car pour n = 0, on a effectivement (e x ) 0 = 1 = e x 0 ; P 1 est vraie car pour n = 1, on a aussi (e x ) 1 = e x = e x 1 ; etc... La propriété est donc initialisée! 1

Hérédité Supposons la propriété vraie à un rang k (ce choix de prendre k, n,t, ou... est totalement arbitraire!), c est-à-dire que (e x ) k = e x k. Démontrons que cela implique que la propriété est vraie au rang suivant, le rang k+1, et ainsi que l hérédité est vérifiée... On a successivement : (e x ) k+1 = (e x ) k (e x ) 1 par définition, mais comme la propriété est considérée comme juste jusqu au rang k, on a alors : (e x ) k+1 = e x k (e x ) 1 Mais de la relation e a e b = e a+b pour tous a et b, on en déduit finalement que : (e x ) k+1 = e x k+x = e x (k+1) Autrement dit la propriété est alors aussi juste au rang k +1! La propriété est donc héréditaire. Conclusion Lapropriétéétantvraiedanslespremiersrangsethéréditaire,onconclutqueP n est vraie quelque soit n. FIN de la démonstration. Remarque : Dire qu une formule est vraie pour quelques valeurs de n ne suffit pas à dire qu elle est vraie quelque soit l entier n. A ce titre, on démontre assez facilement que Q 0,Q 1,Q 2,Q 3 et Q 4 sont premiers. Cependant, la propriété n est plus héréditaire à partir de n = 4, ce qui suffit à affirmer que la propriété Q n n est pas vraie quelque soit n. Dans les exemples suivants, on retrouve les trois points de la méthode :initialisation, hérédité, conclusion. Exemple n 1 : Démontrez par récurrence,pour tout entier n, la propriété ln(x n ) = n ln(x) pour tout x > 0 1. La propriété est vraie au rang n = 0 car ln(x 0 ) = ln(1) = 0 et 0 ln(x) = 0.Elle est aussi trivialement vraie au rang n = 1.. Les F n sont les nombres de Fermat;F 33 est le plus petit nombre de Fermat dont on ne sait pas s il est composé ou premier. Avis aux amateurs! 2/5

2. Supposons la propriété vraie au rang k. C est-à-dire que jusqu au rang k, on a : Alors, par définition : ln(x k ) = k ln(x) ln(x k+1 ) = ln(x k x) = ln(x k )+ln(x) = k ln(x)+ln(x) = (k +1)ln(x) Donc la propriété est héréditaire. 3. On conclut que la propriété est vraie pour tout entier n. Exemple n 2 : Démontrez par récurrence,pour tout entier n, la propriété P n : 4 n +5 est un multiple de 3, est vraie 1. La propriété est vraie au rang 0; en effet 4 0 +5 = 1+5 = 6 = 2 3 La propriété est vraie au rang 1; en effet 4 1 +5 = 4+5 = 9 = 3 3 2. Supposons la propriété vraie au rang k quelconque, c est-à-dire qu il existe un entier a tel que 4 k +5 = a 3.Alors : P k+1 : 4 k+1 +5 = 4 k 4+5 = (a 3 5) 4+5 = 12a 15 = 3 (4a 5); donc P k+1 est vraie. 3. On en conclut que P n est vraie quelque soit l entier n. Exemple n 3 : On considère la suite (U n ) définie par U 0 = 1 et pour tout entier naturel n, U n+1 = U n +2n+1 Démontrez par récurrence que quelque soit l entier n, U n n 2. 1. U 0 = 1 0 2 donc la propriété est vraie au rang 0; U 1 = U 0 +2 0+1 = 2 1 2 donc la propriété est vraie au rang 1; 2. Supposons la propriété vraie au rang k, c est-à-dire U k k 2.Alors : U k+1 = U k + 2k + 1 k 2 + 2k + 1 = (k + 1) 2 donc la propriété est vraie au rang k + 1 et est héréditaire. 3. On conclut que la propriété est vraie quelque soit l entier n, c est-à-dire que : n,u n n 2. Exemple n 4 : Démontrez que la propriété : P(n) : 2 n est divisible par 3 est héréditaire. Est-elle vraie pour autant? 3/5

Supposons qu il existe un entier k tel que 2 k soit un multiple de 3. Cela signifie qu il existe un entier p tel que 2 k = 3 p. Or : 2 k+1 = 2 k 2 = 3 p 2 et donc 2 k+1 est un multiple de 3. Donc la propriété est héréditaire. Néanmoins, elle ne peut pas être initiée car il n existe pas k entier tel que 2 k soit un multiple de 3. Donc elle est fausse. Exemple n 5 : Démontrez par récurrence, la propriété : P(n) : (f n ) = n f f n 1 pour n 2 où f n est la contraction de l écriture f(x) n pour tout x. Pour n = 2, la propriété est-elle vraie? Soit f une fonction et f sa dérivée. Alors : (f 2 ) = (f f) = f f +f f = 2 f f 1 autrement dit la propriété est vraie pour n = 2; elle est donc initialisée. Est-elle héréditaire? Pour le prouver supposons qu elle est vraie jusqu à un rang k, c est-à-dire que : Alors que peut-on dire de (f k+1 )? Par définition, (f k ) = k f f k 1 f k+1 = f k f 1 Donc en appliquant la règle de dérivation des produits, on a : (f k+1 ) = (f k f 1 ) = (f k ) f +f k f maisenutilisant lefaitquelapropriétéestvraieaurangk,c est-à-direque,(f k ) = k f f k 1,onaalors: puis (f k+1 ) = (f k f 1 ) = k f f k 1 f +f k f (f k+1 ) = (f k f 1 ) = k f f k +f k f = (k +1) f f k+1 1 autrement dit la propriété est vrai au rang k +1! et donc la propriété est héréditaire. Conclusion, la propriété est vraie pour tout n. Exercices Exercice 1 Démontrer par récurrence que pour tout entier n 1,. Mieux, elle n est jamais vraie! S n = 1+2+3+...+(n 1)+n = n(n+1) 2 4/5

Exercice 2 Démontrer par récurrence que pour tout entier n 1, 1 2 +2 2 +3 2 +...+(n 1) 2 +n 2 = n(n+1)(2n+1) 6 Exercice 3 On considère la suite (u n ) définie par u 0 = 1 et pour tout entier n 1 : u n+1 = u n +1 Démontrez par récurrence que quelque soit l entier n, 0 < u n < 2. Exercice 4 Démontrez par récurrence que pour tout entier n, 3 2n 2 n est divisible par 7. Exercice 5 Soit la suite (u n ) définie par : { u0 = 7 u n+1 = 10u n 18 1. Calculer u 1,u 2 et u 3. 2. Conjecturez l expression de u n en fonction de n. 3. Démontrez cette conjecture par récurrence. Exercice 6 Soit la suite (v n ) définie par : v 0 = 1 2 v n+1 = v n +1 v n +2 1. On considère la fonction f définie sur [0;1] par : f(x) = x+1 x+2. (a) Déterminer la dérivée f de f puis étudier son signe. (b) Dresser le tableau de variations de la fonction f sur [0;1]. (c) En déduire que si x [0;1] alors f(x) [0;1]; 2. En utilisant les résultats de la question précédente, démontrer par récurrence que 0 < v n < 1 pour tout n. 5/5