Ivan Shishkin, Birch Grove

Raisonnement par récurrence

Definition / Other / Usable

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Français
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Définition intuitive

Le raisonnement par récurrence consiste à montrer que la propriété est vraie pour le premier entier, puis qu’elle se transmet d’un entier au suivant, comme une rangée de dominos : si le premier tombe et que chacun fait tomber le suivant, alors ils tombent tous.

Définition formelle

Il existe trois types de raisonnement par récurrence : la récurrence simple, la récurrence double et la récurrence forte.

  1. Raisonnement par reˊcurrence simple\textbf{Raisonnement par récurrence simple}

Soit n0Nn_0\in\mathbb{N} et (P(n))nn0(P(n))_{n\ge n_0} une suite de propositions.
Si on a établi que :

  • Initialisation :\textbf{Initialisation :} P(n0)P(n_{0}) est vraie.
  • Heˊreˊditeˊ :\textbf{Hérédité :} Pour tout entier nn0n\geqslant n_{0}, P(n)  P(n+1).P(n)\ \Rightarrow\ P(n+1).

Alors pour entier nn0n\geqslant n_{0}, P(n)P(n) est vraie.

  1. Raisonnement par reˊcurrence double\textbf{Raisonnement par récurrence double}

Soit n0Nn_0\in\mathbb{N} et (P(n))nn0(P(n))_{n\ge n_0} une suite de propositions.
Si on a établie que :

  • Double initialisation :\textbf{Double initialisation :} P(n0)P(n_{0}) et P(n0+1)P(n_{0}+1) sont vraies.
  • Double heˊreˊditeˊ :\textbf{Double hérédité :} Pour tout entier nn0n\geqslant n_{0}, [P(n)etP(n+1)] P(n+2).\big[ \, P(n) \, \text{et} \, P(n+1) \big] \Rightarrow\ P(n+2).

Alors pour entier nn0n\geqslant n_{0}, P(n)P(n) est vraie.

  1. Raisonnement par reˊcurrence forte\textbf{Raisonnement par récurrence forte}

Soit n0Nn_0\in\mathbb{N} et (P(n))nn0(P(n))_{n\ge n_0} une suite de propositions.
Si on a établie que :

  • Initialisation :\textbf{Initialisation :} P(n0)P(n_{0}) est vraie.
  • Heˊreˊditeˊ forte:\textbf{Hérédité forte:} Pour tout entier nn0n\geqslant n_{0}, [kn0,n,P(k)] P(n+1).\big[ \, \forall k\in \llbracket n_{0},n \rrbracket ,\, P(k) \big] \Rightarrow\ P(n+1).

Alors pour entier nn0n\geqslant n_{0}, P(n)P(n) est vraie.

Exemple de rédaction pour le raisonnement par récurrence simple :

Pour nNn\in \mathbb{N} tel que nn0n\geqslant n_{0}, notons P(n)=P(n)= « Ici la proposition, à écrire, et dépendant de nn » , et montrons que P(n)P(n) est vraie par récurrence simple.

  • Initialisation :\textbf{Initialisation :} Ici on montre (sauf si c’est évident) et on écrit explicitement que P(n0)P(n_{0}) est vraie.
  • Heˊreˊditeˊ :\textbf{Hérédité :} Soit nNn \in \mathbb{N} tel que nn0n\geqslant n_{0}, supposons que P(n)P(n) est vraie. Montrons que P(n+1)P(n+1) est vraie.
    ......Deˊmonstration de P(n+1)\text{Démonstration de } P(n+1)......Donc P(n+1)P(n+1) est vraie.

Conclusion :\textbf{Conclusion :} Donc nN\forall n \in \mathbb{N} tel que nn0n\geqslant n_0, P(n)P(n) est vraie.

Remarque pour la reˊdaction :\textbf{Remarque pour la rédaction :}

  • Le rang n0n_0 est souvent donné par l’énoncé mais cela peut être à vous de le déterminer.
  • Il n’est pas nécessaire d’écrire Initialisation, Hérédité, Conclusion dans la rédaction.

Attention :\textbf{Attention :} Dans la proposition P(n)P(n), on ne doit surtout par écrire : nN\forall n\in \mathbb{N} tel que nn0n\geqslant n_{0}.
En effet, P(n)P(n) dépend déjà de nn donc écrire cela serait complétement faux.

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  • Montrez par récurrence simple que nN,k=0nk=n(n+1)2.\forall n\in\mathbb{N}, \, \sum_{k=0}^{n} k = \frac{n(n+1)}{2}.

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