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Saturday, 6 July 2024

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Notons la propriété en question P ( n) pour indiquer la dépendance en l'entier n. On peut alors l'obtenir pour tout entier n en démontrant ces deux assertions: P (0) (0 vérifie la propriété): c'est l'initialisation de la récurrence; Pour tout entier n, ( P ( n) ⇒ P(n+1)): c'est l' hérédité (L'hérédité (du latin hereditas, « ce dont on... On dit alors que la propriété P s'en déduit par récurrence pour tout entier n. On précise parfois « récurrence simple », quand il est nécessaire de distinguer ce raisonnement d'autres formes de récurrence (voir la suite). Le raisonnement par récurrence est une propriété fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens. ) des entiers naturels, et c'est le principal des axiomes de Peano (Les axiomes de Peano sont, en mathématiques, un ensemble d'axiomes de second ordre... Une axiomatique est, en quelque sorte une définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la... ) implicite, dans ce cas une définition implicite des entiers naturels.

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Propriété fausse. En effet, supposons que pour un entier naturel k quelconque, P( k) soit vraie, c'est-à-dire que \(10^k+1\) est divisible par 9. Alors, si p désigne un entier, on a:$$\begin{align}10^k+1=9p & \Rightarrow 10(10^k+1)=90p\\&\Rightarrow 10^{k+1}+10=90p\\&\Rightarrow 10^{k+1}+10-9=90p-9\\&\Rightarrow 10^{k+1}+1=9(10p-1)\end{align}$$ On peut ainsi conclure que \(10^{k+1}+1\) est divisible par 9. On a alors démontré que P( k) ⇒ P( k + 1). La propriété est donc héréditaire. Or, pour n = 0, \(10^n+1=10^0+1=1+1=2\), qui n'est pas divisible par 9. Pour n =1, \(10^n+1=10+1=11\) n'est pas non plus divisible par 9… Nous avons donc ici la preuve que ce n'est pas parce qu'une propriété est héréditaire qu'elle est vraie. Il faut nécessairement qu'elle soit vraie pour le premier n possible. L'initialisation est donc très importante dans un raisonnement par récurrence. Pour en savoir plus sur le raisonnement par récurrence, vous pouvez jeter un coup d'œil sur la page wikipedia. Retrouvez plus d'exercices corrigés sur la récurrence sur cette page.

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Écrit par Luc Giraud le 20 juillet 2019. Publié dans Cours en TS 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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$$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.

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$$ Exemple 4: inégalité de Bernoulli Exercice 4: Démontrer que:$$\forall x \in]-1;+\infty[, \forall n \in \mathbb{N}, (1+x)^n\geq 1+nx. $$ Exemple 5: Une somme télescopique Exercice 5: Démontrer que:$$ \sum_{k=1}^n \dfrac{1}{p(p+1)}=\dfrac{n}{n+1}. $$ Exemple 6: Une dérivée nième Exercice 6: Démontrer que:$$ \forall n\in \mathbb{N}, \cos^{(n)}(x)=\cos(x+n\dfrac{\pi}{2}) \text{ et} \sin^{(n)}(x)=\sin(x+n\dfrac{\pi}{2}). $$ Exemple 7: Un produit remarquable Exercice 7: Démontrer que:$$ \forall x\in \mathbb{R}, \forall n\in \mathbb{N} ~ x^n-a^n=(x-a)(x^{n-1}+ax^{n-2}+... +a^{n-1}). $$ Exemple 8: Arithmétique Exercice 8: Démontrer que:$$ \ \forall n\in \mathbb{N} ~ 3^{n+6}-3^n \text{ est divisible par} 7. $$ Vues: 3122 Imprimer

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.