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Somme des termes d'une suite arithmétique- Première- Mathématiques

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Objectifs
  • Découvrir et utiliser la somme des  premiers entiers non nuls.
  • Calculer la somme de  termes consécutifs d'une suite arithmétique.
Points clés
  • La somme des  premiers entiers (non nuls) vaut : .
  • La somme des  premiers termes d'une suite arithmétique vaut : .
Pour bien comprendre
  • Notion de suite
  • Suite arithmétique
  • Terme général d'une suite
1. Rappels
Une suite est dite arithmétique si il existe un réel  tel que pour tout . Le réel  est appelé raison de la suite.
Exemple
La suite des entiers naturels impairs est une suite arithmétique de raison 2 et de premier terme .

On peut exprimer directement le terme général  d'une suite arithmétique en fonction de , de  (ou  du terme de rang ) et de la raison  :


ou
avec :
  • le premier terme de la suite
  • un terme de rang
  • un terme de rang
  • un nombre entier naturel
  • un nombre entier naturel
  • un nombre réel

Pour obtenir :

  • en partant de : on ajoute fois la raison ;
  • en partant de (lorsque ) on ajoute fois la raison.
Exemple
Soit une suite arithmétique de raison 6 et de premier terme .
Alors on peut dire que  pour tout .
Ainsi, par exemple, .
2. Somme des n premiers entiers naturels non nuls

Preuve

Remarquons dans un premier temps que la somme comporte termes. Dans un deuxième temps, écrivons la somme de 2 façons différentes :

Effectuons ensuite la somme terme à terme de ces 2 quantités :

On remarque que cette somme contient  termes de même valeur .
Ainsi, d’où le résultat .

Exemple d’utilisation directe
La somme des 100 premiers entiers naturels vaut .
3. Somme de n termes consécutifs d'une suite arithmétique
a. Calcul via la somme des premiers entiers

Soit la suite arithmétique de premier terme  et de raison  (la suite formée par les nombres impairs).
Calculons la somme des 21 premiers termes de la suite :

On sait que .
Ainsi, on a : 

Rassemblons les 1 et factorisons par 2 le reste :

On reconnait dans la parenthèse la somme des 20 premiers entiers. On applique la formule obtenue dans la partie précédente  avec  et on obtient :

b. Calcul via le premier et le dernier terme

On pose , alors , c'est-à-dire que .

Preuve



d'où  en regroupant les .

On factorise la fin de la somme par ,
, et on utilise la somme des premiers entiers :  pour obtenir .

On écrit  et on factorise par  :

Comme  on a bien .

Exemple 1
La somme S des 13 premiers termes de la suite arithmétique de premier terme  et de raison 5 est .
En effet, .
Alors, . (si on prend 13 termes à partir de , le 13e est )
Donc .

Sachant que , on peut écrire : .
Exemple 2
La somme S des premiers termes de la suite arithmétique de premier terme  et de raison –200 est : .
En effet, le -ième terme est .


Remarque
La formule se généralise à toute somme de termes consécutifs, même à partir d'un rang différent de 0 :
On pose  alors .
Exemple
est une suite arithmétique.
Alors car la somme a dix termes.

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