Suites géométriques et limites

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La limite d’une suite géométrique dépend de sa raison. On ne considérera que les suites géométriques de raison positive et strictement inférieure à 1.

I. Suites géométriques

On considère les suites géométriques de raison q positive.

Rappel : Soit une suite (un) géométrique de premier terme u0 et de raison q. On a pour tout n∈ℕ:

un=u0×qn

À noter

Une suite géométrique u de raison q est définie pour tout n∈ℕ par un+1=un×q.

Théorème :

Si 0 ⩽ q<1 alors limn→+ ∞qn=0

À noter

Si q = 1 alors la suite de terme général qn est constante égale à 1.

Si q = −1 alors la suite de terme général qn est bornée, et vaut alternativement −1 et 1.

Remarques :

 Si = 1 alors limn→+ ∞qn=1.

 Si > 1 alors 0<1q<1 donc limn→+ ∞(1q)n=0.

À noter

On a pour tout n∈ℕ, e−n=1en et −1<1e<1 donc limn→+ ∞(1e)n=0 soit limn→+ ∞e−n=0.

II. Somme des termes consécutifs d’une suite ­géométrique

Rappel : On a pour tout réel ≠ 1 :

1+q+q2+…+qn=1−qn+11−q

Théorème :

Si 0 ⩽ q<1 alors limn→+ ∞(1+q+q2+…+qn)=11−q

Méthodes

1)  Étudier la limite de suites géométriques

Étudier la limite des suites de termes généraux :

un=22n ; vn=12n et wn=1−2n3n.

Conseils

Pour la suite (un), appliquez le théorème ; pour (vn), remarquez que 12n=(12)n ; pour (wn), « distribuez » le dénominateur.

Solution

L’arrondi au dixième de 22 est 0,7 donc 0 ⩽ 22<1 donc limn→+ ∞un=0.

On a pour tout n∈ℕ, vn=12n et 0 ⩽ 12<1 donc limn→+ ∞vn=0.

Pour tout n∈ℕ, wn=13n−2n3n=13n−23n. De plus, 0 ⩽ 13<1 et 0 ⩽ 23<1  donc limn→+ ∞(13)n= limn→+ ∞(23)n=0, d’où par différence limn→+ ∞wn=0.

2)  Déterminer la limite d’une somme de termes consécutifs

Soit n un entier naturel non nul. Déterminer la limite des sommes suivantes :

Sn=1+0,25+0,252+…+0,25n

Tn=1+12+122+…+12n

Dn=0,1+0,01+…+0,1n

Conseils

Pour Sn, appliquez directement le théorème ; pour Tn, considérez une suite géométrique de raison 12 ; pour Dn, remarquez qu’il manque le premier terme pour pouvoir appliquer directement le théorème.