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Terminale spécialité · Mathématiques · Analyse · Chapitre 2

Limites de suites

Fiche de cours4 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Définitions

Définition — limite infinie. lim⁡n→+∞un=+∞\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=+\infty signifie que tout intervalle [A ;+∞[\intfo{A}{+\infty} contient tous les termes de la suite à partir d’un certain rang. De même, lim⁡n→+∞un=−∞\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=-\infty signifie que tout intervalle ]−∞ ;A]\intof{-\infty}{A} contient tous les termes à partir d’un certain rang.

Définition — limite finie. lim⁡n→+∞un=ℓ\lim\limits_{n\to+\infty}u_n=\ell signifie que tout intervalle ouvert contenant ℓ\ell contient tous les termes de la suite à partir d’un certain rang. La suite est alors dite convergente (vers ℓ\ell) ; sa limite est unique.

Notation. Une suite qui n’est pas convergente est divergente : soit elle a une limite infinie, soit elle n’a pas de limite du tout, comme ((−1)n)\bigl((-1)^{n}\bigr), dont les termes valent alternativement 11 et −1-1.

2Limites usuelles et opérations

Formulairelimites de référence et formes indéterminées
  • lim⁡n=lim⁡n2=lim⁡n3=lim⁡n=+∞\lim n=\lim n^{2}=\lim n^{3}=\lim\sqrt n=+\infty ; lim⁡1n=lim⁡1n2=lim⁡1n=0\lim\dfrac1n=\lim\dfrac{1}{n^{2}}=\lim\dfrac{1}{\sqrt n}=0.
  • Somme, produit, quotient : les limites s’ajoutent, se multiplient, se divisent, sauf dans les quatre cas indéterminés (+∞)+(−∞)(+\infty)+(-\infty), 0×(±∞)0\times(\pm\infty), ±∞±∞\frac{\pm\infty}{\pm\infty}, 00\frac{0}{0}.
  • Si lim⁡un=ℓ≠0\lim u_n=\ell\neq 0 et lim⁡vn=0\lim v_n=0 avec vn>0v_n>0, alors lim⁡unvn=+∞\lim\dfrac{u_n}{v_n}=+\infty si ℓ>0\ell>0, −∞-\infty si ℓ<0\ell<0.

Méthode — lever une indétermination. Factoriser le terme prépondérant : la plus grande puissance de nn au numérateur et au dénominateur, ou la suite géométrique de plus grande raison ; simplifier, puis appliquer les opérations.

3Théorèmes de comparaison

Théorème — comparaison. Si un⩽vnu_n\leq v_n à partir d’un certain rang, alors : lim⁡un=+∞\lim u_n=+\infty entraîne lim⁡vn=+∞\lim v_n=+\infty ; lim⁡vn=−∞\lim v_n=-\infty entraîne lim⁡un=−∞\lim u_n=-\infty.

Théorème — théorème des gendarmes. Si un⩽wn⩽vnu_n\leq w_n\leq v_n à partir d’un certain rang et si lim⁡un=lim⁡vn=ℓ\lim u_n=\lim v_n=\ell, alors (wn)(w_n) converge et lim⁡wn=ℓ\lim w_n=\ell.

Remarque. On l’utilise dès qu’apparaît un terme borné : −1⩽cos⁡n⩽1-1\leq\cos n\leq 1 et −1⩽(−1)n⩽1-1\leq (-1)^{n}\leq 1 donnent l’encadrement de départ.

4La suite géométrique (qn)(q^{n})

Propriété. Soit qq un réel. Si q>1q>1 : lim⁡qn=+∞\lim q^{n}=+\infty. Si q=1q=1 : lim⁡qn=1\lim q^{n}=1. Si −1<q<1-1<q<1 : lim⁡qn=0\lim q^{n}=0. Si q⩽−1q\leq -1 : la suite (qn)(q^{n}) n’a pas de limite.

Idée de la démonstration pour q>1q>1. On écrit q=1+aq=1+a avec a>0a>0 ; l’inégalité de Bernoulli donne qn⩾1+naq^{n}\geq 1+na, qui tend vers +∞+\infty : on conclut par comparaison.

Propriété — somme des termes. Pour q≠1q\neq 1 : 1+q+⋯+qn=1−qn+11−q1+q+\dots+q^{n}=\dfrac{1-q^{n+1}}{1-q}, de limite 11−q\dfrac{1}{1-q} si −1<q<1-1<q<1.

5Suites monotones

Théorème — convergence monotone, admis. Toute suite croissante et majorée converge ; toute suite décroissante et minorée converge.

Théorème. Toute suite croissante et non majorée tend vers +∞+\infty. Ainsi une suite croissante est soit convergente, soit de limite +∞+\infty.

Remarque. Le théorème donne l’existence de la limite, pas sa valeur : si un⩽Mu_n\leq M pour tout nn, alors ℓ⩽M\ell\leq M, mais ℓ\ell n’est en général pas égal à MM.

6Suites arithmético-géométriques

Méthode — suite définie par un+1=aun+bu_{n+1}=au_n+b, avec a≠1a\neq 1. Résoudre c=ac+bc=ac+b, soit c=b1−ac=\dfrac{b}{1-a}. Poser vn=un−cv_n=u_n-c : la suite (vn)(v_n) est géométrique de raison aa, donc vn=(u0−c) anv_n=(u_0-c)\,a^{n}, puis un=(u0−c) an+cu_n=(u_0-c)\,a^{n}+c. Si −1<a<1-1<a<1, la suite (un)(u_n) converge vers cc.

Méthode — algorithme de seuil. Pour le plus petit rang nn tel que un⩾Au_n\geq A : n = 0 ; u = u0 ; while u < A: on remplace u par le terme suivant et on incrémente n. Si lim⁡un=+∞\lim u_n=+\infty, la boucle se termine ; si tous les termes restent inférieurs à AA (suite croissante de limite ℓ⩽A\ell\leq A, par exemple), elle ne s’arrête jamais.

7Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Utiliser la définition pour déterminer un rang à partir duquel unu_n appartient à un intervalle donné.
  • Déterminer une limite par les limites usuelles et les opérations ; reconnaître une forme indéterminée et la lever en factorisant le terme prépondérant.
  • Appliquer le théorème de comparaison ou celui des gendarmes à partir d’un encadrement.
  • Donner la limite de qnq^{n} et d’une somme de termes d’une suite géométrique ; traiter une évolution en pourcentage.
  • Montrer qu’une suite est croissante et majorée (souvent par récurrence) pour en déduire qu’elle converge.
  • Étudier une suite un+1=aun+bu_{n+1}=au_n+b à l’aide d’une suite auxiliaire géométrique ; écrire et exploiter un algorithme de seuil.

8Exemples types

Exemplequotient : forme ∞∞\frac{\infty}{\infty}

un=3n2−2n+1n2+5u_n=\dfrac{3n^{2}-2n+1}{n^{2}+5}. On factorise par n2n^{2} : un=n2(3−2n+1n2)n2(1+5n2)=3−2n+1n21+5n2u_n=\dfrac{n^{2}\left(3-\frac2n+\frac{1}{n^{2}}\right)}{n^{2}\left(1+\frac{5}{n^{2}}\right)}=\dfrac{3-\frac2n+\frac{1}{n^{2}}}{1+\frac{5}{n^{2}}}. Le numérateur tend vers 33, le dénominateur vers 11 : lim⁡un=3\lim u_n=3.

Exempledifférence : forme ∞−∞\infty-\infty

vn=n2−5n−2=n2(1−5n−2n2)v_n=n^{2}-5n-2=n^{2}\left(1-\frac5n-\frac{2}{n^{2}}\right). Comme lim⁡n2=+∞\lim n^{2}=+\infty et lim⁡(1−5n−2n2)=1>0\lim\left(1-\frac5n-\frac{2}{n^{2}}\right)=1>0, on obtient lim⁡vn=+∞\lim v_n=+\infty.

Exemplethéorème des gendarmes

wn=(−1)nnw_n=\dfrac{(-1)^{n}}{n} pour n⩾1n\geq 1. Comme −1⩽(−1)n⩽1-1\leq(-1)^{n}\leq 1, on a −1n⩽wn⩽1n-\dfrac1n\leq w_n\leq\dfrac1n. Or lim⁡(−1n)=lim⁡1n=0\lim\left(-\frac1n\right)=\lim\frac1n=0, donc lim⁡wn=0\lim w_n=0.

Exemplesuite arithmético-géométrique

u0=2u_0=2 et un+1=0,8 un+1u_{n+1}=0{,}8\,u_n+1. Le point fixe vérifie c=0,8c+1c=0{,}8c+1, soit c=5c=5. On pose vn=un−5v_n=u_n-5 : vn+1=0,8un+1−5=0,8(un−5)=0,8 vnv_{n+1}=0{,}8u_n+1-5=0{,}8\left(u_n-5\right)=0{,}8\,v_n. Donc (vn)(v_n) est géométrique de raison 0,80{,}8 et de premier terme v0=−3v_0=-3 : un=5−3×0,8nu_n=5-3\times 0{,}8^{n}. Comme −1<0,8<1-1<0{,}8<1, lim⁡un=5\lim u_n=5.

Pièges
  • «  À partir d’un certain rang  » est essentiel : les premiers termes n’ont aucune influence sur la limite.
  • Une suite majorée n’est pas forcément convergente : il faut aussi la monotonie (((−1)n)\bigl((-1)^{n}\bigr) est bornée sans limite).
  • (+∞)+(−∞)(+\infty)+(-\infty) et ∞∞\frac{\infty}{\infty} ne valent ni 00 ni 11 : ce sont des formes indéterminées, il faut factoriser.
  • Une suite croissante qui converge vers ℓ\ell vérifie un⩽ℓu_n\leq\ell : la limite ne peut pas être dépassée, même «  à la fin  ».
  • Pour q⩽−1q\leq -1, (qn)(q^{n}) n’a pas de limite : ne pas écrire lim⁡(−2)n=+∞\lim(-2)^{n}=+\infty.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

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Les bases : définitions, limites usuelles, opérations, comparaison, qnq^n

9 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3 à Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Revenir à la définitionDifficulté 1 sur 3
  2. Limites usuellesDifficulté 1 sur 3
  3. Lire une limite sur un graphiqueDifficulté 1 sur 3
  4. Le tableau des opérationsDifficulté 1 sur 3
  5. Lever une indéterminationDifficulté 2 sur 3
  6. La suite (qn)(q^n)Difficulté 1 sur 3
  7. Comparaison et gendarmesDifficulté 2 sur 3
  8. Croissante et majoréeDifficulté 2 sur 3
  9. Un algorithme de seuilDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Problèmes : modéliser une évolution, encadrer, converger, chercher un seuil

8 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. La station d’épurationDifficulté 2 sur 3
  2. Encadrer pour conclureDifficulté 2 sur 3
  3. Une suite définie par un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n)Difficulté 2 sur 3
  4. La quantité conjuguéeDifficulté 2 sur 3
  5. La balle qui rebonditDifficulté 2 sur 3
  6. Croissance linéaire ou croissance exponentielle ?Difficulté 2 sur 3
  7. Le remboursement d’un prêtDifficulté 2 sur 3
  8. Vrai ou faux ?Difficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

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Définitions, opérations et indéterminations, comparaison, suite arithmético-géométrique

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours et automatismes5 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Indéterminations et comparaison5 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Les inscrits de la médiathèque6 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Une suite croissante et majorée4 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

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Vrai ou faux, limite de qnq^n et Bernoulli, modèle d’évolution, suite auxiliaire

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Vrai ou faux ?4 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. Démonstration de cours : la limite de qnq^n5 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Une déchetterie intercommunale6 ptsDifficulté 3 sur 3
  4. Une suite auxiliaire arithmétique5 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

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Pour aller plus loin : démonstrations du cours, divergence lente, suites adjacentes

7 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 h 30calculatrice autorisée

  1. Les démonstrations du coursDifficulté 3 sur 3
  2. Une divergence très lenteDifficulté 3 sur 3
  3. La méthode de HéronDifficulté 3 sur 3
  4. Deux suites adjacentes (hors programme — pour aller plus loin)Difficulté 3 sur 3
  5. Une récurrence linéaire d’ordre 2 (hors programme — pour aller plus loin)Difficulté 3 sur 3
  6. Une fraction continueDifficulté 3 sur 3
  7. Problème ouvert : partager un carréDifficulté 3 sur 3
6

Sujet type bac

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Suite un+1=f(un)u_{n+1}=f(u_n), convergence, suite auxiliaire géométrique, seuil — QCM

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée2 exercices indépendantsbarème sur 12

  1. La diffusion d’une innovation agricole7 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. Questionnaire à choix multiples5 ptsDifficulté 2 sur 3

Terminale · Mathématiques : les 17 chapitres

  1. Raisonnement par récurrence
  2. Limites de suites
  3. Limites de fonctions
  4. Continuité
  5. Compléments sur la dérivation
  6. Convexité
  7. Fonction logarithme népérien
  8. Fonctions sinus et cosinus
  9. Primitives et équations différentielles
  10. Calcul intégral
  11. Combinatoire et dénombrement
  12. Vecteurs, droites et plans de l’espace
  13. Orthogonalité et distances dans l’espace
  14. Représentations paramétriques et équations cartésiennes
  15. Succession d’épreuves indépendantes et loi binomiale
  16. Sommes de variables aléatoires
  17. Concentration et loi des grands nombres