Chapitre I : Raisonnement par récurrence et comportement des suites. Extrait du programme :

Documents pareils
Raisonnement par récurrence Suites numériques

Limites finies en un point

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

Continuité en un point

Rappels sur les suites - Algorithme

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

I. Polynômes de Tchebychev

Continuité et dérivabilité d une fonction

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Leçon 01 Exercices d'entraînement

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

Image d un intervalle par une fonction continue

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

CCP PSI Mathématiques 1 : un corrigé

III- Raisonnement par récurrence

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Développement décimal d un réel

I. Ensemble de définition d'une fonction

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Continuité d une fonction de plusieurs variables

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés

n N = u N u N+1 1 u pour u 1. f ( uv 1) v N+1 v N v t

Fonctions de plusieurs variables

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

La fonction exponentielle

Chp. 4. Minimisation d une fonction d une variable

Suites numériques 4. 1 Autres recettes pour calculer les limites

SOCLE COMMUN - La Compétence 3 Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique

Commun à tous les candidats

Cours Fonctions de deux variables

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

3 Approximation de solutions d équations

Probabilités sur un univers fini

Sur certaines séries entières particulières

Baccalauréat L spécialité, Métropole et Réunion, 19 juin 2009 Corrigé.

Première partie. Préliminaires : noyaux itérés. MPSI B 6 juin 2015

Problème 1 : applications du plan affine

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Complément d information concernant la fiche de concordance

Correction de l examen de la première session

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

Fibonacci et les paquerettes

Dualité dans les espaces de Lebesgue et mesures de Radon finies

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

6. Les différents types de démonstrations

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

La mesure de Lebesgue sur la droite réelle

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

Amphi 3: Espaces complets - Applications linéaires continues

Logique. Plan du chapitre

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

108y= 1 où x et y sont des entiers

1 Définition et premières propriétés des congruences

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Cours d analyse numérique SMI-S4

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

Problèmes de Mathématiques Filtres et ultrafiltres

Baccalauréat ES/L Métropole La Réunion 13 septembre 2013 Corrigé

O, i, ) ln x. (ln x)2

Introduction à l étude des Corps Finis

Correction du baccalauréat ES/L Métropole 20 juin 2014

Le théorème de Perron-Frobenius, les chaines de Markov et un célèbre moteur de recherche

3. Conditionnement P (B)

Moments des variables aléatoires réelles

Calcul fonctionnel holomorphe dans les algèbres de Banach

Probabilités sur un univers fini

Dérivation CONTENUS CAPACITÉS ATTENDUES COMMENTAIRES

Taux d évolution moyen.

LE PROBLEME DU PLUS COURT CHEMIN

Eteindre. les. lumières MATH EN JEAN Mme BACHOC. Elèves de seconde, première et terminale scientifiques :

La persistance des nombres

Chapitre 1 : Évolution COURS

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

L exclusion mutuelle distribuée

Représentation des Nombres

Chapitre 7 : Intégration sur un intervalle quelconque

Les suites numériques

Analyse stochastique de la CRM à ordre partiel dans le cadre des essais cliniques de phase I

Chapitre 2. Eléments pour comprendre un énoncé

Fonctions homographiques

Cours d arithmétique Première partie

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

CHAPITRE V SYSTEMES DIFFERENTIELS LINEAIRES A COEFFICIENTS CONSTANTS DU PREMIER ORDRE. EQUATIONS DIFFERENTIELLES.

FONCTION EXPONENTIELLE ( ) 2 = 0.

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

PRIME D UNE OPTION D ACHAT OU DE VENTE

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

F1C1/ Analyse. El Hadji Malick DIA

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Frédéric Laroche 2009

Texte Agrégation limitée par diffusion interne

Extrait du poly de Stage de Grésillon 1, août 2010

IV- Equations, inéquations dans R, Systèmes d équations

Équations non linéaires

BACCALAUREAT GENERAL MATHÉMATIQUES

Programmation linéaire

Transcription:

Chapitre I : Raisonnement par récurrence et comportement des suites Extrait du programme : 1

I Rappels sur les suites Il existe deux façons de définir une suite : 1 Formule explicite Il existe une fonction f telle que la suite (U n ) soit définie par : U n = f (n) pour tout n entier naturel. Exemple : u n = n + 1 2 avec n N. Cette méthode permet de calculer U n pour tout n en un seul calcul. 2 Avec une relation de récurrence Une suite est définie par récurrence quand on connaît : son terme initial ( u 0 ou u 1 la plupart du temps) une fonction f telle que : U n+1 = f (U n ) qui permet de passer d un terme au terme suivant. Exemple { : u 0 = 1 u n+1 = un + 1 2 Cette méthode ne permet de calculer un terme que si l on connait la valeur du terme précédent. Il existe certaines suites qui sont particulières : 3 Suites arithmétiques Une suite (u n ) est arithmétique si et seulement si il existe un nombre réel r tel que pour tout n, u n+1 u n = r Le nombre r est alors nommé la raison de la suite arithmétique. Pour toutn N, u n = u 0 + nr Pour tout n N et p N,u n = u p + (n p)r n n(n + 1) Pour tout entier n 1 : k = 1 + 2 +... + n =. k=1 2 Pour tout n N, si S = u 0 + u 1 +... + u n où (u n ) est arithmétique, Nombre de termes S = 2 4 Suites géométriques (Premier terme + dernier terme) = n + 1 2 (u 0 + u n ) Une suite (u n ) est géométrique si et seulement si il existe un nombre réel q non nul tel que pour tout n, u n+1 = qu n. Le nombre q est alors nommé la raison de la suite géométrique. Pour tout n N,u n = u 0 q n Pour tout n N et p N,u n = u p q n p Pour tout réel q 1 et tout entier n 1 : q k = 1 + q +... + q n = 1 qn+1 k=0 1 q. Pour tout n N, si S = u 0 + u 1 +... + u n où (u n ) est géométrique de raison q, alors : de termes 1 qnombre S = «premier terme» 1 q n = u 0 1 qn+1 1 q 2

5 Étude des variations Étude du signe de u n+1 u n Lorsque les termes sont strictement positifs, Étude de u n+1 u n et comparaison avec 1. Si la suite est définie de façon explicite par : u n = f (n) et que f est monotone, alors u n a le même sens de variation que f. II Raisonnement par récurrence Ce raisonnement est une méthode qui s applique lorsque l on cherche à démontrer qu une propriété dépendant d un entier naturel n est vraie pour tout entier n m, m étant un entier naturel donné. L idée souvent utilisée est la chute des dominos. Il faut deux conditions pour faire chuter les dominos à partir d un domino donné : On fait chuter ce premier domino, Si un domino chute, alors le suivant doit aussi chuter. Mise en oeuvre : On écrit la propriété P n à démontrer. Pour démontrer par récurrence qu une proposition P n est vraie......pour tout entier naturel n...pour tout entier naturel n supérieur ou égal à un entier non nul m Initialisation On vérifie que P 0 est vraie. On vérifie que P m est vraie. Hérédité On suppose que pour un entier naturel quelconque k la proposition P k est vraie, et sous cette hypothèse, on démontre que P k+1 est vraie. On suppose que pour un entier naturel quelconque k tel que k m la proposition P k est vraie, et sous cette hypothèse, on démontre que P k+1 est vraie. Conclusion On conclut que la proposition P n est vraie pour tout entier naturel n. On conclut que la proposition P n est vraie pour tout entier naturel n supérieur ou égal à m. On définit la suite (u n ) par : { u0 = 0 u n+1 = 4 + u 2 n pour n 0 Conjecturer une expression de u n en fonction de n puis démontrer cette conjecture. Solution : Point méthode 1 : Démontrer une propriété par récurrence. 3

Pour conjecturer la forme explicite de u n il faut calculer les premiers termes de la suite. u 0 = 0 u 1 = 4 + 0 = 2 u 2 = 4 + 4 = 8 = 2 2 u 3 = 4 + 8 = 12 = 2 3 u 4 = 4 + 12 = 4 = 2 4 u 5 = 4 + 16 = 20 = 2 5 Conjecture : Il semble que u n = 2 n Pour démontrer cette conjecture, on peut utiliser un raisonnement par récurrence en spécifiant bien les 4 étapes ➀ il faut d abord définir une propriété, c est celle qu on veut démontrer Soit P(n) : «u n = 2 n» ➁ Il faut initialiser. Le premier rang est en général donné dans l énoncé ou bien par la suite. Ici la propriété semble vraie dès le rang 0, donc on initialise à 0 : Au rang 0 : u 0 = 0 2 0 = 0 } P(0) est donc vraie ➂ Hérédité : On suppose que pour un entier k 0, u k = 2 k (on écrit juste P(k), c est notre hypothèse de récurrence) Montrons que u k+1 = 2 k + 1 (On écrit juste P(k + 1)) Pour démontrer ceci, on doit identifier le lien permettant de passer de u k à u k+1. Il s agit souvent de la relation de récurrence donnée dans la définition de la suite. Ici :u k+1 = 4 u 2 k Par HR, u k = 2 k On part souvent de l hypothèse de récurrence donc u 2 = 4 k On utilise un enchaînement de fonctions pour recréer le lien k ainsi 4 + u 2 = 4 + 4k = 4(1 + k) k 4 + u 2 = 4(1 + k) k alors u k+1 = 2 k + 1 On s arrête quand on a exactement la conclusion annoncée ➃ Conclusion : P(0) est vraie et l hérédité est vérifiée donc : n N,u n = 2 n On conclue en redonnant le premier rang, et en précisant bien que la proposition est vraie pour tout n Point méthode 1(bis) : Démontrer une propriété par récurrence. Démontrer que pour tout entier n 4, on a 2 n 4n. Solution : On note P n la propriété 2 n 4n. 1. Initialisation : La propriété est à démontrer pour n 4, l initialisation doit donc être faite pour n = 4, et léhérédité doit être démontrée en prenant un entier k 4. Lorsque n = 4, on a 2 n = 2 4 = 16 et 4n = 4 4 = 16. Ainsi P 4 est vraie. 2. Hérédité : On suppose P k vraie avec k 4, et on démontre que P k+1 est alors vraie. Il faut bien mettre en évidence le moment où on utilise l hypothèse de récurrence. Supposons que pour un entier naturel k 4, on ait 2 k 4k. 4

Montrons que 2 k+1 4(k + 1). On sait que 2 k+1 = 2 2 k par hypothèse de récurrence, 2 k 4k. Donc 2 k+1 = 2 2 k 2 4k, et ainsi 2 k+1 8k. Il nous reste démontrer que 8k 4(k + 1), ce qui équivaut à démontrer que 4k 4 Or k 4 donc k 1, et par conséquent 4k 4, CQFD la propriété P k+1 est donc vérifiée. 3. Conclusion : La propriété est vraie pour n = 4 et est héréditaire à partir du rang 4 donc, pour tout entier naturel n 4, on a 2 n 4n. III Comportement d une suite numérique 1 Suite bornée Définitions : Soit (u n ) une suite définie sur N et soient m et M deux nombres réels. On dit que (u n ) est majorée par M lorsque, pour tout entier naturel n, u n M. M est appelé majorant de la suite (u n ). On dit que (u n ) est minorée par m lorsque, pour tout entier naturel n, u n m. m est appelé minorant de la suite (u n ). On dit que (u n ) est est bornée lorsqu elle est minorée et majorée. Point méthode 2 : Démontrer qu une suite est bornée. { u 0 = 1.8 On considère la suite (u n ) définie par : etf (x) = 2 u n+1 = f (u n ) 3 x Démontrer que la suite (u n ) est bornée par 1 et 2. On admet que f est croissante sur [0;3[ Point méthode 2(suite) Solution :Un raisonnement par récurrence est parfaitement approprié pour ce genre de démonstration : On note P n la propriété : 1 u n 2. Initialisation : Lorsque n = 0, on a u 0 = 1,8 et 1 1,8 2. Ainsi P 0 est vraie. Hérédité : Supposons que pour un entier naturel k 0, on ait 1 u k 2, montrons que 1 u k+1 2. Par hypothèse de récurrence : 1 u k 2 Or f est croissante, donc f (1) f (u k ) f (2) et ainsi 1 u k+1 2. car f (1) = 1 et f (2) = 2, la propriété P k+1 est donc vérifiée. CQFD Conclusion : La propriété est vraie pour n = 0 et est héréditaire à partir du rang 0 donc, pour tout entier naturel n 0, on a u n est bornée par 1 et 2. 5

2 Suite ayant une limite finie Définition : Une suite (u n ) converge vers un réel l si tout intervalle ouvert contenant l contient également tous les termes de la suite à partir d un certain rang. On écrit alors lim u n = l On dit alors que la suite est convergente ou qu elle tend vers l. Si une suite ne converge pas, on dit qu elle est divergente. Illustration graphique : Cette définition traduit l accumulation des termes u n autour de l. Aussi petit soit le rayon ε que l on prend autour de la limite, tous les termes de la suite rentrent dans le tube à partir d un certain rang. Point méthode 3 : Démontrer qu une suite converge vers l. On considère la suite (u n ) définie par u n = 1 + 1 n + 1. Conjecturer à la calculatrice la limite de cette suite et démontrer votre conjecture. Solution : 1. On calcul u n pour de très grandes valeurs de n ou bien on observe la fonction associée. On conjecture que lim u n = 1. 2. On se donne un intervalle ouvert contenant la limite et on montre qu il contient tous les termes de la suite à partir d un certain rang. Soit un intervalle ouvert I contenant 1, alors il contient un intervalle de la forme ]1 ε;1 + ε[ avec ε > 0. On veut montrer qu à partir d un certain rang n 0, on a u n ]1 ε;1 + ε[ pour tout n n 0. Or, u n ]1 ε;1 + ε[ 1 ε < 1 + 1 n + 1 < 1 + ε ε < 1 n + 1 < ε 0 < 1 < ε car n N. n + 1 D où 1 ε < n + 1 n < 1 ε 1 Ainsi il suffit de prendre un entier n 0 tel que : n 0 > 1 ε 1 et ainsi, pour tout n n 0, on aura u n I. La suite converge donc vers 1. Algorithme : Détermination d un seuil à partir duquel u n est plus petit qu un nombre A donné 6

Exemple : On souhaite calculer le plus petit rang à partir duquel les termes de la suite précédente sont plus petits qu une valeur A (par exemple 1,001). Ce calcul est faisable car la suite (u n ) est décroissante et tend vers 1. Entrée : Saisir A (par exemple A=1,001). Traitement : n prend la valeur 0. (car n N) u prend la valeur 2 (caru 0 = 2) Tant que u>a n prend la valeur n+1 u prend la valeur 1 + 1 n+1. Fin Tant que Afficher n. Théorème : Unicité de la limite Lorsque la limite d une suite existe, elle est unique. Point méthode 3bis : Démontrer qu une suite converge vers l. On considère la suite u définie sur N par : u 0 = 2 u n+1 = 1 + 1 2 u n On admettra que la suite u converge vers un réel l. 1. Montrer que ce réel vérifie : l = 1 + 1 2 l 2. Déterminer la limite de cette suite. Solution : 1. La formule de récurrence et l unicité de la limite permettent d obtenir une équation vérifiée par la limite. On sait que u n+1 = 1 + 1 2 u n Comme lim u n = l, par unicité de la limite, lim u n+1 = l Et on a donc l = 1 + 1 2 l. 2. On trouve la valeur de la limite en résolvant l équation : En résolvant cette équation, on trouve l = 2. La suite converge donc vers 2. Propriétés : Les suites de terme général 1 n, 1 n 2, 1 n sont convergentes et leur limite est 0. Toute suite constante converge vers la valeur de cette constante. 3 Suite ayant une limite infinie Définitions : 7

La suite (u n ) diverge vers + si tout intervalle de type ]A;+ [ contient tous les termes u n de la suite à partir d un certain rang. On écrit alors : lim u n = +. La suite (u n ) diverge vers si tout intervalle de type ] ; a[ contient tous les termes u n de la suite à partir d un certain rang. On écrit alors : lim u n =. Une suite (u n ) diverge vers si la suite ( u n ) diverge vers +. Illustration graphique : Cette définition traduit l accumulation des termes u n autour de l. Quelle que soit la valeur de A que l on se donne, (aussi grande soit-elle), TOUS les termes de la suite vont dépasser cette valeur à partir d un certain rang. Propriété : Les suites de terme général n,n 2, n,n p (p N) sont divergentes et leur limite est +. Point méthode 4 : Démontrer qu une suite diverge vers + On considère la suite (u n ) définie par u n = n 2. Montrer que cette suite diverge vers + Solution : On doit prouver qu il existe un rang N à partir duquel tous les termes de la suite sont plus grand qu un nombre A quelconque. Soit A un réel quelconque. Si A 0 alors pour tout entier n 1, n 2 A et par conséquent, à partir du rang N = 1, u n > A. Si A > 0 alors pour tout entier n > A on a n 2 A car la fonction racine carrée est croissante sur ] A;+ [. Par conséquent, en prenant N le plus petit entier naturel tel que N > A, pour tout n N, on a u n > A. Ainsi, pour tout entier n N, on a n 2 > A, avec A quelconque. Donc lim n2 = + Algorithme : détermination d un seuil à partir duquel u n est plus grand qu un nombre A donné 8

Exemple : On souhaite calculer le plus petit rang à partir duquel les termes de la suite u n définie par n 2 sont plus grands qu une valeur A (par exemple 10 6 ). Ce calcul est faisable car la suite (u n ) est croissante et diverge vers +. Entrée : Saisir A (ici A=10 6 ). Traitement : n prend la valeur 0. u prend la valeur 0 (car u 0 = 0) Tant que u<a n prend la valeur n+1 u prend la valeur n 2. Fin Tant que Afficher n. IV Théorèmes généraux sur les les limites 1 Suites de référence 1.1 Suites (q n ) La suite (u n ) définie par : u n = q n est géométrique de raison q (q 0 et q 1 ). q 1 1 < q < 0 0 < q < 1 q > 1 (q n ) La suite est alternée et divergente (pas de limite). La suite est alternée et converge vers 0 La suite est décroissante et converge vers 0 La suite est croissante et diverge vers + 1.2 Suites (n p ) avec p N p > 0 p < 0 (n p ) La suite diverge vers +. La suite converge vers 0 2 Opérations sur les limites 2.1 Limite d une somme 9

2.2 Limite d un produit 2.3 Limite d un quotient Point méthode 5 : Démontrer une limite par opérations. Déterminer les limites des suites définies par : u n = n 2 + 4n + 1 et v n = (1 + 1 n )( n + 3) pour n 1 Solution : Lors d un calcul de limite, on essaye d abord d appliquer les théorèmes généraux. lim n = + donc lim 4n = + et alors lim 4n + 1 = +. De plus lim n2 = + D après la règle sur les limites d une somme : lim n2 + 4n + 1 = +. 1 lim lim n = 0 donc lim 1 + 1 n = 1 n = + donc lim n = et lim n + 3 =. D après la règle sur la limite d un produit : lim (1 + 1 n )( n + 3) = Point méthode 6 : Lever une indétermination dans un calcul de limite. Déterminer les limites des suites définies par : u n = 2 n n et v n = n2 + 3n 3n 2 + 4 pour n 0 Solution : On procède de la même façon lim 2 n = + et lim n =, on est en présence d une forme indéterminée ( ) Pour lever l indétermination, ( il faut souvent ) ( factoriser ) : 2 n 2 On factorise par n : u n = n n 1 = n n 1 10

lim n = + et lim 2 n n 1 = 1 Donc par limite d un produit, lim u n =. lim n2 + 3n = + et lim 3n2 + 4 = +, on est en présence d une forme indéterminée. On factorise le numérateur et le dénominateur de v n par n 2 : 3 v n = n2 (1 + 3 ) n 2 1+ n 2 (3 + 4 ) = n 2 4 n 2 3+ n 2 Or, lim 1+ 3 n 2 = 1 et lim 3+ 4 = 3 donc d après la règle sur la limite d un quotient : n2 lim v n = 1 3 V Théorèmes de comparaison 1 Pour les limites infinies Théorème : Si (u n ) et (v n ) sont deux suites telles que : u n v n à partir d un certain rang, La suite (u n ) a pour limite + quand n tend vers +. Alors, la suite (v n ) a pour limite + quand n tend vers +. Démonstration (BAC) : Soit un réel A, on a lim u n = + donc tout intervalle ]A;+ [ contient tous les u n à partir d un rang n 1. Ainsi, pour tout entier n tel que n n 1, A < u n. De plus, pour tout entier n tel que n n 0, u n < v n. Donc, si on appelle N, le plus grand des entiers n 0 et n 1 : On a pour tout entier n tel que n N : A < u n v n. Ainsi, tout intervalle ]A;+ [ contient tous les v n à partir d un rang N, ce qui veut dire que lim v n = +. CQFD Remarque : on peut formuler le même théorème en : Si u n v n à partir d un certain rang et lim v n = alors lim u n =. Point méthode 7 : Utiliser le théorème de majoration sur les limites infinies. 1. Préliminaire : Démontrer par récurrence l inégalité de Bernoulli : Pour tout entier n, (1 + a) n 1 + na. 2. Démontrer que si q > 1, alors lim qn = +. (BAC) 11

Point méthode 7 (Suite) Solution : 1. On utilise les 3 étapes du raisonnement par récurrence : On note P n la propriété «(1 + a) n 1 + na.» Initialisation : Lorsque n = 0, on a (1 + a) 0 = 1 et 1 + 0 a = 1. Ainsi P 0 est vraie. Hérédité : Supposons que pour un entier naturel k 0, on ait (1+a) k 1+ka, et montrons que (1 + a) k+1 1 + (k + 1)a. On sait que (1 + a) k+1 = (1 + a) k (1 + a) D après par hypothèse de récurrence, on a donc : (1 + a) k+1 (1 + ka) (1 + a). (1 + a) k+1 1 + a + ka + ka 2. (1 + a) k+1 1 + (k + 1)a + ka 2. (1 + a) k+1 1 + (k + 1)a. car ka 2 > 0 P k+1 est donc vérifiée. Conclusion : Pour tout entier n, (1 + a) n 1 + na. 2. Comme q > 1, on peut poser : q = 1 + a avec a > 0. Alors d après l inégalité de Bernoulli, q n 1 + na. Or, lim 1 + na = + donc par comparaison de limites, d après le théorème de majoration : lim qn = +. 2 Pour les limites finies Propriété : Si (u n ) a pour limite finie l et (v n ) a pour limite finie l et si u n v n à partir d un certain rang, alors l l. Théorème des gendarmes (admis) : Si les suites (u n ), (v n ) et (w n ) sont telles que : u n v n w n à partir d un certain rang. (u n ) et (w n ) ont la même limite finie l. Alors la suite (v n ) converge aussi vers l. Point méthode 8 : Utiliser le théorème des gendarmes. Déterminer la limite de la suite u définie par u n = sinn pour n 1. n Solution : Lorsqu on travaille avec une suite qui n a pas de limite, le théorème des gendarmes est souvent adapté. Ici, sinn n a pas de limite, mais on peut l encadrer par -1 et 1 : 1 sinn 1 1 n sinn n 1 car n 1. n 12

1 Or, lim n = lim 1 n = 0. Donc d après le théorème des gendarmes, lim u n = 0 3 Pour les suites monotones Propriété : Si une suite (u n ) est croissante et a pour limite finie l, alors tous les termes de la suite sont inférieurs ou égaux à l. Démonstration : (RAISONNEMENT PAR L ABSURDE) Soit (u n ) une suite croissante de limite l, raisonnons par l absurde en supposant qu il existe un terme u p > l. Alors par croissance de la suite, pour tout n p, on a u n u p > l. De plus, l > l 1 et l < u p donc I =]l ;u p [ est un intervalle ouvert contenant l mais ne contenant pas les termes u n pour n p. Ceci contredit le fait que lim u n = l. Par conséquent, il ne peut pas y avoir de terme u p > l et donc tous les termes de la suite (u n ) sont inférieurs ou égaux à l. CQFD Théorème : Une suite croissante et majorée converge (ie a une limite finie). Une suite décroissante et minorée converge. Une suite croissante et non majorée a pour limite +. Une suite décroissante et non minorée a pour limite. Démonstration du 3ème point : (les deux premiers résultats sont admis) Soit (u n ) une suite croissante et non majorée. Soit A un réel quelconque. Pour montrer que lim u n = +, montrons qu à partir d un certain rang, u n ]A;+ [. Comme (u n ) n est pas majorée par A, il existe un entier p tel que u p > A. Or (u n ) est croissante, donc pour tout n p, u n u p > A et donc : n p, u n ]A;+ [. CQFD Remarque : Attention, si une suite croissante est majorée par un réel M, on sait qu elle converge, mais on ne connaît pas sa limite! Cette limite est inférieure ou égale à M, mais on ne peut pas conclure qu elle est forcément égale à M. 13