Version prof → Mathématiques · Lycée professionnel · 1re · Première

Séquence 1 · Suites arithmétiques : prévoir une évolution régulière

Comment prévoir l'évolution d'une quantité qui augmente ou diminue chaque mois de la même valeur ?

Repères pour le professeur

Voie · niveauLycée professionnel (Bac Pro) · Première
DisciplineMathématiques
Programme officielProgramme de mathématiques de 1re professionnelle, BO spécial n°1 du 6 février 2020 (groupements A, B et C) : suites arithmétiques, polynômes de degré 2, fonction dérivée.
Place dans le programmeProgramme de mathématiques de première professionnelle (BO spécial n°1 du 6 février 2020), domaine « Algèbre-Analyse », module « Suites numériques »
Durée totale2 séances + 1 évaluation ≈ 3 h 05
ModalitéEnseignement à distance : classe virtuelle + travail autonome + rendu sur l'ENT

Objectifs et capacités

Objectifs

Capacités travaillées (BO)

Notions et définitions

suite numérique, notation u(n) puis uₙ, rang, termesuite arithmétique, raisonlien avec les fonctions affinessens de variationsomme de termes consécutifs

Repères historiques

Ressources de la séquence

Ancrage dans le programme, notions, repères, débats, bibliographie et différenciation, communs à toutes les séances.

Ancrage dans le programme officiel

Ce que dit le programme (objectif du module) : « L'objectif de ce module est de résoudre des problèmes concernant des phénomènes discrets modélisés par une suite numérique, plus particulièrement par une suite arithmétique. »

Commentaires du programme : « On présente également des suites qui ne sont pas arithmétiques. » « La connaissance de la formule donnant la somme des n premiers termes d'une suite arithmétique n'est pas exigée. » On calcule donc les sommes au tableur ou avec Python, et la formule, si elle est vue, est démontrée et non apprise par coeur.

Certification (arrêté du 17 juin 2020, annexe III) : en contrôle en cours de formation, deux situations d'évaluation en première et terminale : « Ces situations d'évaluation ont chacune une durée de quarante-cinq minutes environ et sont notées sur 10 points. » « Un exercice au moins comporte une ou deux questions dont la résolution se fait en présence de l'examinateur. » Pour les candidats hors CCF : « L'épreuve, d'une durée d'une heure, est une évaluation écrite et pratique, notée sur 20 points se déroule en fin de cursus de formation. »

Notions : définitions rigoureuses

Suite numérique
Liste de nombres numérotés : u(1), u(2), u(3)… notée aussi u₁, u₂, u₃ ; n est le rang.
Suite arithmétique
Chaque terme s'obtient en ajoutant au précédent un même nombre r, la raison : uₙ₊₁ = uₙ + r.
Terme de rang n
Si le premier terme est u₁, alors uₙ = u₁ + (n − 1)r.
Lien avec les fonctions affines
Les points (n ; uₙ) sont alignés : une suite arithmétique est une fonction affine définie sur les entiers.
Sens de variation
Raison positive : suite croissante ; raison négative : suite décroissante.
Somme de termes
Somme des termes consécutifs, calculée au tableur ou par la méthode de Gauss : nombre de termes × (premier + dernier) / 2.

Repères

DateÉvénement
1202Fibonacci, Liber abaci.
v. 1786Anecdote de Gauss et de la somme des entiers de 1 à 100.
1979VisiCalc : premier tableur.
1991Première version publique de Python.

Les historiens en débat

Les suites sont aussi anciennes que le calcul commercial : les tablettes babyloniennes et les traités d'arithmétique marchande du Moyen Âge contiennent déjà des progressions. Aujourd'hui, tableur et programmation les rendent immédiatement utiles dans les métiers (plans de production, stocks, abonnements). Synthèse du professeur.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Différenciation : un rythme de travail différent

Déroulé d'ensemble

SéanceTitreDuréeObjectif
Séance 1Générer une suite et reconnaître une suite arithmétique65 mincalculer des termes et reconnaître une progression régulière
Séance 2Sommes de termes et seuils : un plan de production65 mincalculer une somme de termes et déterminer un seuil avec un algorithme
ÉvaluationÉvaluation de fin de séquence (/20)55 minVérifier les acquis : connaissances, capacités, rédaction

Chaque séance dure environ 55 minutes à distance : lancement en classe virtuelle ou par message sur l'ENT, recherche du problème (calculatrice, tableur, GeoGebra ou Python dans le navigateur), mise en commun, cours et trace écrite. Les élèves renvoient la fiche à trous et leur production par l'ENT ou en photo.

Séance 1 · Générer une suite et reconnaître une suite arithmétique

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Comment prévoir les ventes d'un jeune artisan dans un an ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Suites et suites arithmétiques

Une suite numérique associe à chaque entier n (le rang) un nombre u(n), noté aussi uₙ. On peut la définir par une expression (uₙ = n², par exemple : 1, 4, 9, 16…) ou de proche en proche. Une suite est arithmétique si l'on passe d'un terme au suivant en ajoutant toujours le même nombre r, la raison : uₙ₊₁ = uₙ + r. Alors uₙ = u₁ + (n − 1)r. Les points (n ; uₙ) sont alignés : c'est le lien avec les fonctions affines. La suite des carrés n'est pas arithmétique : les écarts 3, 5, 7… ne sont pas constants.

Document 1 · Les ventes d'un atelier de céramique

Situation professionnelle.

Un jeune artisan vend 150 bols le premier mois de son activité. Il prévoit d'en vendre 30 de plus chaque mois, grâce à un nouveau point de vente. On note uₙ le nombre de bols vendus le mois n.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · S'approprier

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Calculez les premiers termes.

  1. u₁, u₂, u₃, u₄ ?
    ✔ Corrigé :

    150 ; 180 ; 210 ; 240.

  2. Pourquoi la suite est-elle arithmétique ? Raison ?
    ✔ Corrigé :

    On ajoute 30 chaque mois : raison 30.

  3. La suite 1, 4, 9, 16 est-elle arithmétique ?
    ✔ Corrigé :

    Non : les écarts (3, 5, 7) ne sont pas constants.

Critère de réussitePoints
Calculs et justification6
Total de l'activité6

Activité 2 · Réaliser

18 min
Essentiel

Supports : Document 1, cours

Consigne :

Utilisez l'expression du terme de rang n et le tableur.

  1. Expression de uₙ ?
    ✔ Corrigé :

    uₙ = 150 + 30(n − 1) = 30n + 120.

  2. Ventes du 12e mois ?
    ✔ Corrigé :

    u₁₂ = 480 bols.

  3. Nuage de points (n ; uₙ) au tableur : que constatez-vous ?
    ✔ Corrigé :

    Les points sont alignés : la croissance est régulière.

Critère de réussitePoints
Expression et représentation7
Total de l'activité7

Activité 3 · Valider

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

L'artisan pense qu'il vendra 600 bols par mois avant la fin de la première année. A-t-il raison ? Déterminez le rang à partir duquel uₙ ≥ 600 et rédigez votre réponse en 5 à 8 lignes. Pour bien commencer : D'après la formule, uₙ ≥ 600 à partir du rang… · La première année compte… mois · L'artisan a donc…

✔ Corrigé rédigé :

30n + 120 ≥ 600 donne n ≥ 16 : il vendra 600 bols le 16e mois, donc pas avant la fin de la première année (u₁₂ = 480) ; vérification au tableur ; esprit critique sur l'hypothèse d'une hausse constante.

Critère de réussitePoints
Validation5
Communication2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

Une suite est arithmétique si l'on ajoute toujours le même nombre r, la raison. Alors uₙ = u₁ + (n − 1)r. Les points (n ; uₙ) sont alignés.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · S'approprier6
Activité 2 · Réaliser7
Activité 3 · Valider7
Total20 / 20

Séance 2 · Sommes de termes et seuils : un plan de production

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Combien de bols l'artisan aura-t-il vendus en un an ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Somme et seuil

Pour connaître un total cumulé, on calcule la somme de termes consécutifs : au tableur (fonction SOMME) ou avec une boucle Python. Pour une suite arithmétique, on peut aussi utiliser la méthode attribuée à Gauss : on écrit la somme dans un sens puis dans l'autre ; chaque paire (premier + dernier) a la même valeur, d'où somme = nombre de termes × (premier terme + dernier terme) / 2. Cette formule se retrouve par ce raisonnement, elle n'est pas à apprendre. Pour chercher le rang à partir duquel une suite dépasse un seuil, on utilise une boucle while (« tant que ») ou le tableur.

Document 1 · Algorithme de seuil

Programme Python commenté.

u = 150 (ventes du mois 1) ; n = 1 ; while u < 600 : u = u + 30 ; n = n + 1 ; print(n). La boucle s'arrête dès que u atteint 600.

Source : Programme écrit pour la séance par le professeur, exécutable dans Basthon.

Activité 1 · Réaliser

15 min
Essentiel

Supports : Document 1, séance 1

Consigne :

Calculez le total des ventes sur 12 mois.

  1. Au tableur ?
    ✔ Corrigé :

    3 780 bols.

  2. Par la méthode de Gauss ?
    ✔ Corrigé :

    12 × (150 + 480) / 2 = 3 780.

  3. Moyenne mensuelle ?
    ✔ Corrigé :

    315 bols par mois.

Critère de réussitePoints
Somme7
Total de l'activité7

Activité 2 · Analyser, raisonner

15 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Étudiez l'algorithme.

  1. Que vaut n à la fin ?
    ✔ Corrigé :

    16.

  2. Que faut-il modifier pour un seuil de 900 ?
    ✔ Corrigé :

    Remplacer 600 par 900 : résultat 26.

  3. Pourquoi utiliser while plutôt que for ?
    ✔ Corrigé :

    On ne connaît pas à l'avance le nombre de tours de boucle.

Critère de réussitePoints
Algorithme6
Total de l'activité6

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

L'artisan doit commander de l'argile : 1 kg par bol. Rédigez une note de 6 à 8 lignes indiquant la quantité à prévoir pour la première année, en expliquant votre méthode. Pour bien commencer : Le nombre total de bols sur douze mois est… · J'ai calculé cette somme en… · Il faut donc commander…

✔ Corrigé rédigé :

Total 3 780 bols, donc 3 780 kg (3,78 tonnes) d'argile ; méthode (tableur ou Gauss) ; marge de sécurité discutée ; présentation professionnelle.

Critère de réussitePoints
Argumentation5
Communication2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

On calcule une somme de termes au tableur, avec Python ou par la méthode de Gauss. Pour trouver un rang à partir duquel un seuil est dépassé, on utilise une boucle while. Il faut toujours vérifier la vraisemblance du résultat.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · Réaliser7
Activité 2 · Analyser, raisonner6
Activité 3 · Communiquer7
Total20 / 20

Fiche à trous · corrigé

Une suite est arithmétique quand on passe d'un terme au suivant en ajoutant toujours le même nombre, la raison.

Si la raison est positive, la suite est croissante.

Les points de coordonnées (n ; uₙ) d'une suite arithmétique sont alignés.

Le rang à partir duquel un seuil est dépassé se trouve avec le tableur ou un algorithme.

La version élève contient la même fiche avec une banque de mots (papier ou ENT).

Évaluation de fin de séquence (/20) · barème et corrigé

Évaluation sur 20 à faire en temps limité sur l'ENT ou sur papier, puis à renvoyer en photo ; le corrigé et le barème servent aussi à l'autoévaluation. En Bac Pro, elle est construite comme une situation de contrôle en cours de formation (problème contextualisé, compétences évaluées) ; en 1re générale, elle prépare à l'épreuve anticipée (automatismes sans calculatrice et exercices) ; en Terminale générale, aux exercices indépendants de l'épreuve de spécialité.

N°QuestionBarèmeCorrigé et critères
1Une citerne contient 900 L au début du premier jour ; elle perd 15 L par jour. On note uₙ le volume au début du jour n (u₁ = 900). Nature de la suite, raison, expression de uₙ en fonction de n.6 ptsSuite arithmétique de premier terme u₁ = 900 et de raison −15 ; uₙ = 900 − 15(n − 1) = 915 − 15n. Justification : on retire chaque jour la même quantité.
2Calculez u₂₀ et déterminez le jour où la citerne est vide.6 ptsu₂₀ = 900 − 15 × 19 = 615 L ; 915 − 15n = 0 donne n = 61 : la citerne est vide au début du 61e jour. Vérification au tableur.
3Un algorithme Python doit afficher le premier jour où le volume passe sous 300 L. Écrivez-le (boucle while) et donnez le résultat. Puis expliquez en 4 lignes pourquoi la suite est décroissante. Pour bien commencer : *Mon programme répète tant que…* · *Le résultat affiché est…* · *La suite est décroissante car…*8 ptsu = 900 ; n = 1 ; while u >= 300 : u = u − 15 ; n = n + 1 ; print(n). Résultat : 42 (u₄₁ = 300, u₄₂ = 285). Raison négative : chaque terme est inférieur au précédent ; rédaction claire.
Total20 pts

Pistes pour un rythme de travail différent