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mathématiques (PCSI) · Chapitre 5 · Application directe du cours

La formule de Binet

Nombres réels et suites numériques · F. Suites particulières · niveau 2

Énoncé

Suite de Fibonacci. On pose , et . Établir la formule de Binet , où et sont les racines de l'équation caractéristique, et en déduire que .

Corrigé

Stratégie : la méthode générale des récurrences linéaires d'ordre — équation caractéristique, forme générale, conditions initiales.

1) L'équation caractéristique. La récurrence conduit à , soit , de discriminant . Deux racines réelles distinctes :

Les racines étant distinctes, les solutions sont exactement les .

2) Les conditions initiales.

  • donne , donc ;
  • donne .

Or , d'où et :

3) Le rapport de deux termes consécutifs. Une récurrence immédiate montre que pour : on peut donc diviser. Factorisons au numérateur et au dénominateur — c'est licite, :

Le rapport a pour valeur absolue , donc ses puissances tendent vers . Numérateur et dénominateur de la fraction tendent tous deux vers , et

⚠️ On divise par . C'est licite parce que cette quantité tend vers , donc est non nulle à partir d'un certain rang. Diviser par une quantité qui tendrait vers serait interdit : c'est le seul point à surveiller dans ce calcul.

⚠️ Le signe de compte. Comme est négatif, la quantité change de signe à chaque pas : oscille légèrement autour de . Comme de plus dès , on obtient un fait remarquable : est l'entier le plus proche de .

Contrôles numériques. et : l'entier le plus proche est bien . ✔ La formule de Binet a été vérifiée pour tous les jusqu'à . Enfin et : douze décimales exactes. ✔

Ce que l'exercice installe. Une suite d'entiers peut avoir une formule close truffée d'irrationnels : les se compensent exactement à chaque rang. Et le rapport de deux termes consécutifs tend vers la racine dominante de l'équation caractéristique — un phénomène général, dont ce cas est le plus célèbre exemple.

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