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Notion

Le raisonnement par récurrence

Le raisonnement par récurrence est une méthode de démonstration qui prouve qu'une propriété P(n) est vraie pour tout entier n à partir d'un certain rang. Il se déroule en deux étapes : l'initialisation, où l'on vérifie que la propriété est vraie au premier rang (souvent n=0 ou n=1) ; et l'hérédité, où l'on suppose P(n) vraie (l'hypothèse de récurrence) puis on démontre P(n+1). Si ces deux étapes sont établies, la propriété est vraie pour tous les entiers concernés, comme une chaîne de dominos qui tombent. La récurrence sert à démontrer des formules de suites, des inégalités, des divisibilités. C'est un outil de démonstration fondamental de la terminale.

Définitions

Raisonnement par récurrence
C'est une méthode pour démontrer qu'une propriété P(n) est vraie pour tout entier n ≥ n₀. Elle repose sur deux étapes : l'initialisation et l'hérédité.
Initialisation
On vérifie que la propriété est vraie au premier rang n₀ (souvent n₀ = 0 ou 1) : on montre que P(n₀) est vraie.
Hérédité
On suppose la propriété vraie à un rang n quelconque (l'hypothèse de récurrence) et on démontre qu'elle est alors vraie au rang suivant n+1 : P(n) ⇒ P(n+1).

Formules

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Méthodes

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Deux exercices pour vérifier

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1

Somme des premiers entiers

Niveau 2 · Méthode complète
Démontrer par récurrence que pour tout n ≥ 1, 1 + 2 + … + n = (n(n+1))/2.
Voir la correction
  1. 1.
    Initialisation (n = 1) : membre de gauche = 1, membre de droite = (1× 2)/2 = 1. Donc P(1) est vraie.
  2. 2.
    Hérédité : on suppose 1 + … + n = (n(n+1))/2. Alors 1 + … + n + (n+1) = (n(n+1))/2 + (n+1) = ((n+1)(n+2))/2.
  3. 3.
    C'est P(n+1). Par récurrence, la propriété est vraie pour tout n ≥ 1.
Réponse : 1 + 2 + … + n = (n(n+1))/2 pour tout n ≥ 1.

Méthode utilisée : Récurrence : initialisation au rang 1, puis hérédité.

Erreur fréquente : Sauter l'initialisation et ne faire que l'hérédité.

2

Une inégalité par récurrence

Niveau 3 · Type contrôle
Démontrer que pour tout entier n ≥ 0, 2ⁿ ≥ n + 1.
Voir la correction
  1. 1.
    Initialisation (n = 0) : 2⁰ = 1 et 0 + 1 = 1, donc 2⁰ ≥ 0 + 1. P(0) est vraie.
  2. 2.
    Hérédité : on suppose 2ⁿ ≥ n + 1. Alors 2ⁿ⁺¹ = 2× 2ⁿ ≥ 2(n+1) = 2n + 2.
  3. 3.
    Or 2n + 2 ≥ n + 2 = (n+1) + 1 (car n ≥ 0). Donc 2ⁿ⁺¹ ≥ (n+1) + 1 : c'est P(n+1).
  4. 4.
    Par récurrence, 2ⁿ ≥ n + 1 pour tout n ≥ 0.
Réponse : 2ⁿ ≥ n + 1 pour tout n ≥ 0.

Méthode utilisée : Hérédité : on majore en partant de l'hypothèse de récurrence.

Erreur fréquente : Ne pas utiliser l'hypothèse de récurrence dans l'hérédité.

Faire les 10 exercices types sur raisonnement par récurrence8 autres exercices corrigés pas à pas, du plus simple au plus complet.

Questions fréquentes

C'est quoi un raisonnement par récurrence, simplement ?

C'est une façon de prouver qu'une propriété est vraie pour tous les entiers, comme une chaîne de dominos : on fait tomber le premier, et on montre que chaque domino fait tomber le suivant. Du coup, ils tombent tous.

Quelles sont les étapes d'une récurrence ?

Deux étapes clés : l'initialisation (vérifier que c'est vrai au départ) et l'hérédité (montrer que si c'est vrai à un rang, c'est vrai au rang suivant). On conclut ensuite que c'est vrai pour tout n.

C'est quoi l'hypothèse de récurrence ?

C'est le fait de supposer la propriété vraie au rang n, pour s'en servir afin de la démontrer au rang n+1. On a le droit de la supposer : c'est tout l'intérêt de la méthode.

Pourquoi faut-il l'initialisation ?

Parce que l'hérédité dit seulement « si c'est vrai à un rang, c'est vrai au suivant ». Sans point de départ vrai, la chaîne ne démarre jamais — comme des dominos parfaitement alignés mais qu'on ne pousse pas.

Quand utilise-t-on la récurrence ?

Dès qu'on veut démontrer une formule ou une propriété valable pour tout entier n : une somme, une inégalité, une divisibilité, ou une propriété d'une suite définie de proche en proche.

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