Aller au contenu
Maths Clairesmathsclaires.com/1ere-enseignement-scientifique/04-croissance-lineaire1ère ens. scientifique
1ère ens. scientifique · Chapitre 4 · Analyse

Croissance linéaire

30 exercices corrigés

Cours

À quoi ça sert ?

Un abonnement qui augmente de \(2\) € chaque mois, une épargne qui reçoit \(50\) € par mois, le niveau des océans qui monte d'environ \(3\) mm par an, un taxi qui facture \(1{,}50\) € par kilomètre : chaque fois, la grandeur augmente (ou diminue) de la même quantité à chaque étape. On parle de croissance linéaire. Avec ce chapitre, tu sauras :

  • reconnaître une croissance linéaire et la décrire par une suite arithmétique ou une fonction affine ;
  • calculer directement la valeur au bout de \(n\) étapes ;
  • lire et tracer les graphiques correspondants ;
  • trouver à partir de quand la grandeur dépasse un seuil.

1 Reconnaître une croissance linéaire

Quand on ajoute toujours la même quantité d'une étape à la suivante, la croissance est linéaire.

L'intuition

Un abonnement coûte \(10\) € le premier mois, puis augmente de \(2\) € chaque mois : \(10\) ; \(12\) ; \(14\) ; \(16\) ; \(18\)… Les différences entre deux mois consécutifs sont toutes égales à \(2\).

Définition

On numérote les étapes \(n = 0\), \(1\), \(2\)… et on note \(u(n)\) la valeur à l'étape \(n\). La suite \(u\) est arithmétique de raison \(r\) si, pour passer d'une étape à la suivante, on ajoute toujours le même nombre \(r\). En symboles : pour tout entier naturel \(n\), \(u(n + 1) = u(n) + r\). On écrit aussi \(u_n\) au lieu de \(u(n)\).

Méthode — reconnaître une suite arithmétique à partir de valeurs

On calcule les différences entre chaque valeur et la précédente. Toutes égales → arithmétique, de raison cette différence.

Exemple

Exemple guidé — \(20\) ; \(17\) ; \(14\) ; \(11\) est-elle arithmétique ?

Étape 1 — Les différences. \(17 - 20 = -3\) ; \(14 - 17 = -3\) ; \(11 - 14 = -3\).

Étape 2 — Conclure. Les différences sont égales : suite arithmétique de raison \(r = -3\) et de premier terme \(u(0) = 20\).

🔍 Vérification : \(20 - 3 = 17\), \(17 - 3 = 14\), \(14 - 3 = 11\) ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ Calculer les quotients. ✅ Pour une suite arithmétique, ce sont les différences qui sont constantes (les quotients, c'est pour les suites géométriques).
  • ❌ Conclure après deux valeurs. ✅ On vérifie toutes les différences : \(1\) ; \(4\) ; \(9\) ; \(16\) n'est pas arithmétique (\(3\), puis \(5\), puis \(7\)).
À toi !

Une personne épargne \(50\) € par mois sur un compte qui contient déjà \(300\) €. On note \(u(n)\) le montant au bout de \(n\) mois. Quelle est la nature de la suite ? Donne \(u(0)\), \(u(1)\), \(u(2)\).

Voir la réponseMasquer la réponse

On ajoute \(50\) chaque mois : suite arithmétique de raison \(50\). \(u(0) = 300\), \(u(1) = 350\), \(u(2) = 400\).

À retenir

Croissance linéaire = on ajoute toujours le même nombre \(r\) : \(u(n + 1) = u(n) + r\). On la reconnaît à ses différences constantes.

2 Calculer le terme de rang n

Pour connaître la valeur au bout de \(100\) étapes, inutile de faire \(100\) additions.

Propriété — terme de rang \(n\)

Si \(u\) est arithmétique de raison \(r\), \[u(n) = u(0) + n \times r.\] Si la suite commence à \(u(1)\) : \(u(n) = u(1) + (n - 1) \times r\). En mots : la valeur à l'étape \(n\), c'est la valeur de départ plus \(n\) fois la raison.

Pourquoi c'est vrai ?

L'idée en une phrase : à chaque étape, on ajoute \(r\) une fois de plus.

Voir la démonstration pas à pasMasquer la démonstration

Étape 1 — Les premiers termes. \(u(1) = u(0) + r\), puis \(u(2) = u(1) + r = u(0) + 2r\), puis \(u(3) = u(0) + 3r\), car on ajoute \(r\) à chaque pas.

Étape 2 — Conclure. Après \(n\) pas, on a ajouté \(n\) fois \(r\) : \(u(n) = u(0) + nr\) ✓. De \(u(1)\) à \(u(n)\), il n'y a que \(n - 1\) pas.

Exemple guidé — deux calculs

Étape 1 — \(u(0) = 4\) et \(r = 3\) : calculer \(u(20)\). \(u(20) = 4 + 20 \times 3 = \boxed{64}\).

Étape 2 — \(u(1) = 5\) et \(r = -2\) : calculer \(u(10)\). De \(u(1)\) à \(u(10)\) il y a \(9\) pas : \(u(10) = 5 + 9 \times (-2) = \boxed{-13}\).

🔍 Vérification : pas à pas, \(5 \to 3 \to 1 \to -1\) : on enlève bien \(2\) à chaque fois, et \(u(4) = 5 + 3 \times (-2) = -1\) ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ \(u(n) = u(0) \times n \times r\). ✅ C'est une addition : \(u(0) + n \times r\).
  • ❌ Avec un premier terme \(u(1)\), écrire \(u(n) = u(1) + nr\). ✅ C'est \(u(1) + (n - 1)r\) : on compte les pas.
À toi !

\(u(0) = 7\) et \(r = 4\). Calcule \(u(50)\) sans calculatrice.

Voir la réponseMasquer la réponse

\(u(50) = 7 + 50 \times 4 = 7 + 200 = 207\).

À retenir

\(u(n) = u(0) + nr\) (et \(u(1) + (n - 1)r\) si on part de \(u(1)\)).

3 Sens de variation et représentation graphique

Le signe de la raison dit si la grandeur augmente ou diminue, et le graphique d'une croissance linéaire a une forme très reconnaissable.

Propriété — sens de variation

Une suite arithmétique de raison \(r\) est

  • croissante si \(r > 0\) ;
  • décroissante si \(r < 0\) ;
  • constante si \(r = 0\).
Pourquoi c'est vrai ?

L'idée en une phrase : la différence entre deux termes consécutifs est \(r\).

Voir la démonstration pas à pasMasquer la démonstration

Étape 1 — La différence. \(u(n + 1) - u(n) = r\), par définition.

Étape 2 — Conclure. Si \(r > 0\), chaque terme est plus grand que le précédent : la suite croît ✓. Si \(r < 0\), elle décroît ✓.

Représentation graphique

Les points de coordonnées \((n \,;\, u(n))\) sont alignés, sur la droite d'équation \(y = rx + u(0)\). Le coefficient directeur de cette droite est la raison \(r\).

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 O + 1,5 u(n) = 2 + 1,5n droite y = 1,5x + 2 n
Les points de la suite arithmétique u(n) = 2 + 1,5n sont alignés : on monte de 1,5 à chaque pas.
Exemple guidé — lire une suite sur un graphique

Les points \((0 \,;\, 2)\), \((1 \,;\, 3{,}5)\), \((2 \,;\, 5)\) sont trois points d'une suite.

Étape 1 — Les différences. \(3{,}5 - 2 = 1{,}5\) et \(5 - 3{,}5 = 1{,}5\) : suite arithmétique de raison \(1{,}5\).

Étape 2 — Le terme de rang \(n\). \(u(n) = 2 + 1{,}5n\) ; les points sont sur la droite \(y = 1{,}5x + 2\).

🔍 Vérification : \(u(4) = 2 + 6 = 8\), comme sur la figure ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ Relier les points par une droite et lire \(u(2{,}5)\). ✅ Une suite n'est définie que pour des entiers ; la droite sert seulement à voir l'alignement.
  • ❌ « \(r = -0{,}4\) est petit, donc la suite est presque constante, donc croissante. » ✅ Seul le signe compte : \(r < 0\), la suite décroît.
À toi !

Donne le sens de variation des suites de raison \(2{,}5\), \(-0{,}4\) et \(0\).

Voir la réponseMasquer la réponse

Croissante, décroissante, constante.

À retenir

\(r > 0\) croissante, \(r < 0\) décroissante ; les points \((n \,;\, u(n))\) sont alignés, de coefficient directeur \(r\).

4 Fonctions affines : le modèle continu

Une suite arithmétique décrit une grandeur qui change par étapes. Quand la grandeur varie en continu (le temps, une distance, une température), on utilise une fonction affine.

Rappel

Une fonction affine s'écrit \(f(x) = ax + b\). Sa courbe est une droite de coefficient directeur \(a\) et d'ordonnée à l'origine \(b\). Elle est croissante si \(a > 0\), décroissante si \(a < 0\).

Propriété — taux d'accroissement constant

Pour une fonction affine, le taux d'accroissement entre deux valeurs \(x_1 \ne x_2\) vaut toujours \(a\) : \[\frac{f(x_2) - f(x_1)}{x_2 - x_1} = a.\] En mots : quand \(x\) augmente de \(1\), \(f(x)\) augmente de \(a\), où que l'on soit. C'est la version continue de « on ajoute toujours \(r\) ».

Animation : lire une fonction affine sur sa droite
Of(x) = 0,5x + 1f(0) = 1+2+1pente : 1 ÷ 2 = 0,5g(x) = −x + 3pente < 0 : la droite descend
  1. La droite bleue représente \(f(x) = 0{,}5x + 1\).
  2. Le point rouge montre l'ordonnée à l'origine : \(f(0) = 1\), donc \(b = 1\).
  3. Le petit escalier vert montre le taux d'accroissement : on avance de \(2\), on monte de \(1\), donc \(a = \dfrac{1}{2} = 0{,}5\).
  4. La droite orange \(g(x) = -x + 3\) a un coefficient directeur négatif : la fonction est décroissante, comme une suite arithmétique de raison négative.
Exemple guidé — Celsius et Fahrenheit

Aux États-Unis, la température se mesure en degrés Fahrenheit (°F). La conversion est \(f(x) = 1{,}8x + 32\), où \(x\) est la température en °C.

Étape 1 — Quelques valeurs. \(f(0) = 32\) (l'eau gèle à \(32\) °F) ; \(f(100) = 212\) (elle bout à \(212\) °F) ; \(f(37) = 98{,}6\) °F (température du corps).

Étape 2 — Le taux d'accroissement. Entre \(0\) et \(100\) °C : \(\dfrac{212 - 32}{100 - 0} = 1{,}8\). Un degré Celsius de plus, ce sont \(1{,}8\) degrés Fahrenheit de plus.

🔍 Vérification : c'est bien le coefficient directeur \(a = 1{,}8\) ✓.

Le point d'équilibre

En économie, l'offre augmente avec le prix et la demande diminue. Si on les modélise par deux fonctions affines, le prix d'équilibre est celui pour lequel offre et demande sont égales : on résout une équation du premier degré.

Erreurs fréquentes
  • ❌ Confondre \(a\) et \(b\) : « le coefficient directeur est \(32\) ». ✅ Dans \(1{,}8x + 32\), le nombre devant \(x\) est le coefficient directeur.
  • ❌ Utiliser une fonction affine pour une grandeur qui augmente d'un pourcentage fixe. ✅ Un pourcentage fixe donne une croissance exponentielle (chapitres 6 et 7).
À toi !

Quelle est en °F une température de \(25\) °C ?

Voir la réponseMasquer la réponse

\(f(25) = 1{,}8 \times 25 + 32 = 45 + 32 = 77\) °F.

À retenir

Fonction affine \(f(x) = ax + b\) ; son taux d'accroissement est toujours \(a\). Suite arithmétique (étapes) et fonction affine (continu) décrivent la même croissance linéaire.

5 Problèmes de seuil

À partir de quand la grandeur dépasse-t-elle une valeur ? Pour une croissance linéaire, on peut répondre par le calcul, avec une inéquation du premier degré.

Méthode — seuil d'une suite arithmétique
  • écrire \(u(n) = u(0) + nr\) ;
  • écrire l'inéquation demandée (par exemple \(u(n) \geqslant S\)) et la résoudre ;
  • comme \(n\) est un entier, prendre le premier entier qui convient ;
  • vérifier avec la valeur d'avant et celle d'après.
Exemple guidé — une épargne

Un compte contient \(800\) € et reçoit \(45\) € par mois. Au bout de combien de mois atteint-il \(1\,500\) € ?

Étape 1 — Modéliser. \(u(n) = 800 + 45n\).

Étape 2 — L'inéquation. \(800 + 45n \geqslant 1\,500 \iff 45n \geqslant 700 \iff n \geqslant \dfrac{700}{45} \approx 15{,}6\).

Étape 3 — L'entier. \(n\) est un entier : le premier qui convient est \(\boxed{n = 16}\), soit au bout de \(16\) mois.

🔍 Vérification : \(u(15) = 800 + 675 = 1\,475 < 1\,500\) et \(u(16) = 800 + 720 = 1\,520 \geqslant 1\,500\) ✓.

Erreurs fréquentes
  • ❌ Répondre \(n = 15{,}6\). ✅ \(n\) compte des mois entiers : on prend l'entier suivant, \(16\).
  • ❌ Arrondir à l'entier le plus proche (\(16\) ici, mais \(15\) pour \(15{,}2\)). ✅ On prend toujours le premier entier qui vérifie l'inéquation.
À toi !

\(u(n) = 120 + 15n\). À partir de quel rang \(u(n) > 400\) ?

Voir la réponseMasquer la réponse

\(120 + 15n > 400 \iff 15n > 280 \iff n > \dfrac{280}{15} \approx 18{,}7\). Donc à partir de \(n = 19\) (vérification : \(u(18) = 390\) et \(u(19) = 405\)).

À retenir

Seuil d'une croissance linéaire → inéquation du premier degré, puis premier entier qui convient, avec vérification.

Chapitre 6

Quand on multiplie au lieu d'ajouter, la croissance est exponentielle ; elle finit toujours par dépasser une croissance linéaire.


© 2026 Maths Claires. Tous droits réservés. Reproduction interdite sans autorisation.

Site indépendant, non affilié à l’Éducation nationale. Mentions légales : mathsclaires.com/mentions-legales