Suites Flashcards

1
Q

Qu’est-ce qu’un majorant d’un ensemble ?

A

Soit A ⊂ R, A non vide, M€R,
On dit que M est un majorant de A si :
∀x€A, x≤M

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2
Q

Qu’est-ce qu’un minorant d’un ensemble ?

A

Soit A ⊂ R, A non vide, m€R,
On dit que m est un minorant de A si :
∀x€A, x≥m

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3
Q

Qu’est-ce que le plus grand élément d’un ensemble ? Comment le note-t-on ?

A

Soit A un ensemble, on dit que M est le plus grand élément de A, noté max(A), si :

  • M majorant de A
  • M€A
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4
Q

Qu’est-ce que le plus petit élément d’un ensemble ? Comment le note-t-on ?

A

Soit A un ensemble, on dit que m est le plus petit élément de A, noté min(A), si :

  • m minorant de A
  • m€A
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5
Q

Quand dit-on qu’un ensemble est majoré ?

A

Soit A ⊂ R, on dit que A est majoré si il admet un majorant

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6
Q

Quand dit-on qu’un ensemble est minoré ?

A

Soit A ⊂ R, on dit que A est minoré si il admet un minorant

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7
Q

Quand dit-on qu’un ensemble est borné ?

A

S’il est minoré et majoré

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8
Q

Qu’est-ce que la borne supérieure d’un ensemble A ?

A

Soit A ⊂ R, A non vide, c€R, on dit que c est la borne supérieure de A, notée sup(A), si :

  • c est un majorant de A
  • ∀ε>0, ∃x€A, c-ε≤x
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9
Q

La borne supérieure est-elle unique ?
Justif

A

✅✅✅

Soit A ⊂ R, A non vide et majoré, soit c1 et c2 deux bornes supérieures de A.
Supposons par l’absurde que c1<c2 :
On pose ε=(c2 - c1)/2,
c2=sup(A), donc il existe x€A tel que x≥ c2 - ε=(c1 + c2)/2 >c1,
Or, c1=sup(A), donc x≤c1,
C’est absurde, donc c1≥c2,
De même c2≥c1.
Donc, c1=c2

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10
Q

Qu’est-ce que la caractérisation séquentielle de la borne supérieure ?

A

Soit A ⊂ R, A non vide et majoré, c€R, alors :
c=sup(A) ⇔ {c est un majorant de A • ∃(u_n)€A^N, lim(n → +∞)(u_n) = c}

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11
Q

Quel est le lien entre plus grand élément et borne supérieure ?

A

Si un ensemble admet un plus grand élément, alors il admet une borne supérieure et cette borne supérieure est le plus grand élément.

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12
Q

Quel est le lien entre plus petit élément et borne inférieure ?

A

Si un ensemble admet un plus petit élément, alors il admet une borne inférieure et cette borne inférieure est le plus petit élément.

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13
Q

Soit A un ensemble, qu’est-ce qu’une suite de A ?

A

Soit A un ensemble, une suite de A est une application de N dans A

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14
Q

Soit A un ensemble, comment note-t-on l’ensemble des suites à valeurs dans A ?

A

On note A^N l’ensemble des suites à valeurs dans A

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15
Q

Quand dit-on qu’une suite est majorée ?

A

On dit qu’une suite est majorée si l’ensemble de ses images est majoré

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16
Q

Quand dit-on qu’une suite est minorée ?

A

On dit qu’une suite est minorée si l’ensemble de ses images est minoré

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17
Q

Quand dit-on qu’une suite est bornée ?

A

On dit qu’une suite est bornée si elle est majorée et minorée

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18
Q

Comment exprimer qu’une suite est bornée grâce à la valeur absolue ?

A

Suite bornée ⇔ valeur absolue de la suite majorée

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19
Q

Quels sont les trois types de suites que l’on rencontre le plus ?

A

Les suites définies explicitement :

  • u_n=f(n) avec f : N → R

Les suites définies implicitement :

  • (u_n) est l’unique solution de f(u_n)=0 avec f : A → R, A ⊂ R

Les suites définies par récurrence :

  • ∀n€N, u_n=f_n(u0, …, u_(n-1)), f_n : R^n → R
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20
Q

Comment définir en quantificateurs la limite finie d’une suite ?

A

Soit (u_n)€C^N, l€C,
On dit que (u_n) tend vers l si :
∀ε>0, ∃n0€N, ∀n≥n0, |u_n - l|≤ε

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21
Q

Comment déterminer la limite de la valeur absolue d’une suite ?
Justif

A

Soit (u_n)€C^N, l€C, alors :
lim(n → +∞)(u_n) = l ⇒ lim(n → +∞)(|u_n|) = |l|

Supposons que lim(n → +∞)(u_n) = l :
Soit ε>0,
lim(n → +∞)(u_n) = l, donc il existe n1€N tel que pour tout n≥n1, |u_n - l|≤ε.
Soit n≥n1,
||u_n|-|l|| ≤ |u_n - l|≤ ε car n≥n1,
Donc par définition de la limite, lim(n → +∞)(|u_n|) = |l|

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22
Q

Quand dit-on qu’une suite est convergente ?

A

Soit u€C^N, on dit que u est convergente si :

  • ∃l€C, lim(n → +∞)(u_n) = l
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23
Q

Comment définir en quantificateurs la limite infinie d’une suite ?

A

Soit (u_n)€C^N, l€C,
On dit que (u_n) tend vers +∞ si :
∀M>0, ∃n0€N, ∀n≥n0, u_n≥M

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24
Q

Une suite convergente est-elle bornée ?
Justif

A

✅✅✅

Soit (u_n)n€N une suite convergente,
Alors, il existe l€C tel que lim(n → +∞)(u_n) = l,
Posons ε=1,
Par définition, ∃n0€N, ∀n≥n0, |u_n - l|≤1,
D’après la deuxième inégalité triangulaire, |u_n|-|l|≤||u_n|-|l||≤|u_n - l|,
Donc : ∀n≥n0, |u_n|≤|l|+1.
On pose M=max(|u0|, |u…|, |u_(n0-1)|, |l|+1),
Donc, ∀n<n0, |u_n|≤M et ∀n≥n0, |u_n|≤|l|+1≤M,
Donc, ∀n≥0, |u_n|≤M,
C’est-à-dire u est bornée

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25
Q

Comment rédiger pour montrer en pratique qu’une suite diverge vers +∞ (en exercice très théorique) ?

A

Soit M€R,
- …
- …
(Différents cas à possiblement distinguer selon la valeur de M)
Poser à chaque fois n0=une valeur
Soit n≥n0, montrer que u_n≥M

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26
Q

Quelle est la limite de la combinaison linéaire de plusieurs suites convergentes ? Justif

A

C’est la combinaison linéaire de leurs limite

Soit ε>0 et n≥0,
|λ.u_n + μ.v_n - (λ.l + μ.l’)|=|λ.(u_n - l) + μ(v_n - l’)|≤|λ||u_n - l| + |μ|.|v_n - l| par inégalité triangulaire.
Posons ε’=ε/(2|λ|) et ε’’=ε/(2|μ|),
Or, lim(n → +∞)(u_n)=l, donc : ∃n1€N, ∀n≥n1, |u_n - l|≤ε’,
Et, lim(n → +∞)(v_n)=l, donc : ∃n2€N, ∀n≥n2, |u_n - l’|≤ε’’,
Posons n3=max(n1;n2),
Supposons n≥n3,
Alors, |λ.u_n + μ.v_n - (λ.l + μ.l’)|≤|λ||u_n - l| + |μ||v_n - l’|≤|λ|ε’ + |μ|.ε’’=ε
Donc, lim(n → +∞)(λ.u_n + μ.v_n) = λ.l + μ.l’, par définition

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27
Q

Quelle est la limite du produit de deux suites convergentes ?
Justif

A

C’est le produit de leurs limites

Soit ε>0 et n≥0,
|u_n × v_n - l×l’|=|u_n × v_n - l’×u_n + l’×u_n - l×l’|=|u_n(v_n - l’) + l’(u_n - l)|≤|u_n||v_n - l’| + |l’||u_n - l|
u_n converge, donc elle est bornée : ∃M€R*+, ∀n>0, |u_n|≤M,
Donc, |u_n × v_n - l×l’|≤ M×|v_n - l’|+|l’|×|u_n - l|,
- Si l’≠0, on pose ε’=ε/2|l’| et ε’’=ε/2M,
Or, lim(n → +∞)(u_n)=l, donc : ∃n1€N, ∀n≥n1, |u_n - l|≤ε’,
Et, lim(n → +∞)(v_n)=l, donc : ∃n2€N, ∀n≥n2, |u_n - l’|≤ε’’,
Posons n3=max(n1;n2),
Supposons n≥n3,
|u_n × v_n - l×l’|≤M×ε’’ + |l|×ε’=ε

Résumé :

  • Réécrire |u_n × v_n - l×l’| sous une forme qui fait permet de faire apparaître une inégalité impliquant |u_n - l| et |v_n - l’|.
  • Dire que u est majorée et passer l’inégalité sur M.
  • Introduire ε’ et ε’’ pour qu’en remplaçant dans l’inégalité on ait ε/2 + ε/2.
  • Remplacer et conclure.
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28
Q

Quelle est la limite du quotient de deux suites convergentes, avec celle au dénominateur qui ne s’annule pas et ne tend pas vers 0 ?
Justif

A

C’est le quotient de leurs limites

Soit ε>0, n>0,
|u_n/v_n - l/l’| = |u_n × l’ - v_n × l|/(|v_n||l’|) = |u_n × l’ - l×l’ + l×l’ - v_n × l|/|v_n||l’|≤ (|l’||u_n - l|+|l||v_n - l’|/(|v_n||l’|)
Or, lim(n → +∞)(v_n)=l’, donc : ∃n3€N, ∀n≥n3, |u_n - l’|≤|l’|/2,
Donc, |l’|-|v_n|≤|l’|/2,
D’où, |v_n|≥|l’| - |l’|/2 = |l’|/2,
On pose ε’=|l’|²/2 × ε/(2|l’|)=|l’|×ε/4 et ε’’=|l’|²/2 × ε/2|l|=|l|×ε/4
Or, lim(n → +∞)(u_n)=l, donc : ∃n1€N, ∀n≥n1, |u_n - l|≤ε’,
Et, lim(n → +∞)(v_n)=l, donc : ∃n2€N, ∀n≥n2, |u_n - l’|≤ε’’,
Posons N=max(n1;n2;n3),
Supposons n≥N,
|u_n/v_n - l/l’|≤ (|l’||u_n - l| + |l||v_n - l’|)/(|v_n||l’|)≤…=ε/2 + ε/2=ε

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29
Q

Que peut-on dire du produit d’une suite convergeant vers 0 et d’une suite bornée ?
Justif

A

Le produit d’une suite convergeant vers 0, et d’une suite bornée converge vers 0

Introduire les suites,
Traduire en quantificateurs le fait d’être bornée,
Introduire ε et n,
|u_n × v_n|=|u_n|×|v_n|≤M×|u_n|
Invoquer la limite pour dire qu’il existe n0…
∀n≥n0, |u_n|≤ε/M,
Donc, ∀n≥n0, |u_n × v_n|≤…≤ε
Par def de la limite, lim(n → +∞)(u_n * v_n) = 0

30
Q

Que peut-on dire d’une suite qui tend vers un réel strictement positif ?
Justif

A

Soit l€R*+, (v_n)€R^N, telle que lim(n → +∞)(v_n) = l > 0,
Alors, (v_n) est strictement positive à partir d’un certain rang, autrement dit : ∃n0€N, ∀n≥n0, u_n > 0

lim(n → +∞)(v_n)=l pour donc il existe n0€N tel que pour tout n≥n0, |u_n - l|≤l,
Soit n≥n0, alors -l ≤ u_n - l ⇒ u_n ≥0,
Conclure

31
Q

Qu’est-ce que le théorème d’encadrement ?
Demo

A

Soit ((u_n), (v_n), (w_n))€(R^N)³ telles que :

  • ∃l€R, lim(n → +∞)(u_n) = l et lim(n → +∞)(w_n) = l
  • ∃n0€R, ∀n≥n0, u_n ≤ v_n ≤ w_n

Alors, v admet une limite et lim(n → +∞)(v_n) = l

Soit ε>0, par définition de la limite,
∀n≥n0, |u_n - l|≤ε et |w_n - l|≤ε,
Posons N=max(n0, n1, n2),
Soit n≥N, encadrer u_n et w_n
Donc pour n≥N,
Invoquer «l’ordre» des trois limites car n≥n0
Ajouter les deux encadrements déterminés car n≥n0 et n≥n1 et n≥n2
Revenir sur une valeur absolue
Conclure

32
Q

Comment encadrer une somme ou intégrale, afin de déterminer sa limite ?

A

Soit n€N*,

  • n × min(u_k) ≤ Σ(k=1 → n)(u_k) ≤ n × max(u_k)

Soit (a;b)€R2, a<b, soit t€[a;b],

  • (b-a) × min(f(t)) ≤ ∫<a→b>f(t).dt ≤ (b-a) × max(f(t))
33
Q

Qu’est-ce que le théorème de comparaison ?
Demo

A

Soit (u_n), (v_n)€R^N, telles que :

  • ∃n0€N, ∀n≥n0, u_n ≤ v_n
  • lim(n → +∞)(u_n) = +∞

Alors lim(n → +∞)(v_n) = +∞

Soit M€R,
lim(n → +∞)(u_n) = +∞, donc par définition, ∃n1€N, ∀n≥n1, u_n≥M,
Posons N=max(n0;n1),
Soit n≥N,
Alors M≤u_n, car n≥n1 et u_n≤v_n car n≥n0, donc M≤v_n,
Conclure

34
Q

Comment effectuer une comparaison «série-intégrale» ?

A
  1. Invoquer la croissance/décroissance pour avoir un premier encadrement (ou inégalité) sur [k;k+1]
  2. Invoquer la continuité et la croissance de l’intégrale pour passer aux intégrales
  3. Sommer de 1 à n
35
Q

Que peut-on dire de la somme d’une suite qui tend vers un réel et d’une suite qui tend vers l’infini ?

A

La somme tend vers l’infini

36
Q

Que peut-on dire du produit d’une suite qui tend vers un réel et d’une suite qui tend vers l’infini ?

A

Le produit tend vers l’infini, +/- à déterminer en fonction de leurs deux signes

37
Q

Quelle technique peut-on utiliser en introduisant une suite spécifique pour montrer que (u_n) → l ?

A

Il suffit de trouver (v_n) qui tend vers 0 tel que : à partir d’un certain rang n0, ∀n≥n0, |u_n - l|≤ v_n

38
Q

Qu’est-ce qu’une suite croissante ? décroissante ?

A

Soit (u_n)€R^N, alors on dit que u est croissante (resp. décroissante) si : ∀n€N, u_(n+1) - u_n ≥ 0 (resp. ≤ 0)

Idem pour stricte avec inégalités strictes

39
Q

Qu’est-ce qu’une suite constante ? Stationnaire ?

A

Soit (u_n)€R^N, alors on dit que u est constante (resp. stationnaire) si : ∀n€N, u_(n+1) - u_n = 0 (resp. ∃n0, ∀n≥n0, …)

40
Q

Qu’est-ce que le théorème de la limite monotone ?
Démo

A

Soit (u_n)€R^N, alors :

u croissante majorée ⇒ u converge
u croissante non majorée ⇒ u → +∞

Et

u décroissante minorée ⇒ u converge
u décroissante non minorée ⇒ u → -∞

Supposons u croissante,

  • Si u est majorée,
    On pose A={u_n | n€N}, A est majoré car u est majoré et A est non vide car u0€A, donc A admet une borne supérieure.
    On note l=sup(A),
    Mq u_n → l :
    Soit ε>0,
    l=sup(A), donc, ∃n0€N, u_n0 ≥ l - ε
    Soit n≥n0, alors u_n0 ≤ u_n ≤ sup(A) car u est croissante,
    Donc, l - ε ≤ u_n0 ≤ u_n ≤ l ≤ l + ε,
    Donc lim(n → +∞)(u_n) = l, par def de la limite
  • Si u est non majorée,
    Soit M€R,
    Alors, ∃n0€N, u_n0≥M
    Soit n≥n0, alors par croissance de u, u_n ≥ u_n0 ≥ M,
    Donc lim(n → +∞)(u_n) = +∞ par définition
41
Q

Que sont deux suites adjacentes ?

A

Soit u, v € R^N, on dit que u et v sont adjacentes si :

  • u croissante
  • v décroissante
  • lim(n → +∞)(u_n - v_n) = 0
42
Q

Que peut-on dire des deux limites de deux suites adjacentes ?

A

Elles sont égales

43
Q

Comment comparer deux suites u et v adjacentes, avec u décroissante et v croissante ?

A

∀n€N, u_n > v_n

44
Q

Qu’est c’est qu’une extractrice et une suite extraite?

A

Soit u€C^N
On appelle exctractrice toute fonction φ : N → N strictement croissante,
On appelle sous suite (ou suite extraite) toute suite de la forme (u_(φ(n))_n€N

45
Q

Que peut-on dire de la limite d’une suite extraite ?

A

C’est la même que la suite initiale

46
Q

Comment montrer qu’une suite diverge en utilisant les suites extraites ?

A

Trouver deux suites extraites qui convergent vers des limites différentes

47
Q

Comment montrer qu’une suite converge en utilisant les suites extraites ?
Justif

A

Si (u_2n) et (u_(2n+1)) convergent vers la même limite l, alors (u_n) converge vers l

Soit ε>0,
def limites
On pose N=max(2.n1 ; 2.n2+1)
Soit n≥N,
Si n est pair, n s’écrit 2p avec p€N, p≥n1,
Donc |u_n - l|=|u_2p - l|≤ ε,
Si n est impair, …
Donc, ∀n€N, |u_n - l|≤ ε,
Donc, par def de la limite, lim(n → +∞)(u_n) = l

48
Q

Quelle manière d’exprimer le n-ième terme d’une suite peut-être utile, notamment pour introduire des sommes lorsqu’on en a besoin ?

A

v_n = Σ(k=0 → n-1)(v_(k+1) - v_n) + v_0

49
Q

Soit (a;b)€Z², comment passer de l’inégalité stricte a<b à une inégalité large ?

A

a≤b-1 ou a+1≤b

50
Q

Comment montrer qu’un élément a minore un ensemble A ?

A

On écrit :
Soit x€A, alors x s’écrit forme des éléments de l’ensemble,
D’où, x - a = …
montrer que c’est x - a≥0
Alors, ∀x€A, x≥a, donc a est un minorant de A.

51
Q

Qu’est-ce qu’une suite arithmétique ?

A

Soit (u_n)€C^N, on dit que u est arithmétique si : ∃r€C, ∀n€N, u_(n+1) = u_n + r

52
Q

Qu’est-ce qu’une suite géométrique ?

A

Soit (u_n)€C^N, on dit que u est géométrique si : ∃q€C, ∀n€N, u_(n+1) = q × u_n

53
Q

Qu’est-ce qu’une suite arithmético-géométrique ?

A

Soit (u_n)€C^N, on dit que u est arithmético-géométrique si : ∃(q;r)€C², q≠1, r≠0, ∀n€N, u_(n+1) = q × u_n + r

54
Q

Comment définir explicitement le terme général d’une suite arithmétique ?
Comment démontrer ?

A

Soit u une suite arithmétique de raison r,
u_n = u0 + n×r

Montrer par récurrence

55
Q

Comment définir explicitement le terme général d’une suite géométrique ?
Comment démontrer ?

A

Soit u une suite géométrique de raison q,
u_n = u0 × q^n

Montrer par récurrence

56
Q

Comment définir explicitement le terme général d’une suite arithmético-géométrique ?
Démo

A

Soit u une suite arithmético-géométrique de raisons r et q,
u_n = q^n × (u0 - l) + l avec l=r/(1 - q)

∀n€N,
u_(n+1) = q×u_n + r
D’où u_(n+1) - q×u_n = r
Cherchons une suite constante v vérifiant cette dernière équation :
Alors, ∃l€C, ∀n€N, v_n = l,
Donc l - q×l = r ⇔ l = r/(1-q), car q≠1,
Soit n€N
On a, donc, u_(n+1) - l = q×u_n + r - r - q×l ⇔ u_(n+1) - l = q×(u_n - l), donc (u_n - l) est géométrique de raison q,
Donc, u_n - l = q^n × (u_n - l),
D’où, u_n = l + q^n × (u_n - l)

57
Q

Soit a€C*, (b_n)€C^N, (u_n)€C^N, on suppose que : ∀n€N, u_(n+1) = a×u_n + b_n, déterminer l’expression du terme général de u ? Comment faire plus généralement quand a dépend de n également ?

A

On met le produit des a_k au lieu de a^n

58
Q

Soit (a, b, c)€C³, a≠0, (u_n)€C^N,
On suppose que, ∀n€N, a×u_(n+2) + b×u_(n+1) + c×u_n = 0, comment déterminer le terme général de u ?

A

On appelle équation caractéristique : a×r² + b×r + c = 0 (E)

  • Si Δ=0, on appelle λ l’unique solution de (E), alors, ∃(A, B)€C², ∀n€N, u_n = (A×n + B)×λ^n
  • Si Δ≠0, on appelle λ1 et λ2 les deux solutions de (E), alors, ∃(A, B)€C², ∀n€N, u_n = A×λ1^n + B×λ2^n
59
Q

Qu’est-ce qu’une suite récurrente ?

A

Soit (u_n)€R^N, on dit que u_n est une suite récurrente si il existe I un intervalle non vide, tel qu’il existe f€I^I, telle que : ∀n€N, u(n+1)=f(u(n))

60
Q

Que peut-on dire de la limite d’une suite récurrente ?
Justif

A

Soit I un intervalle non vide, f€I^I, u€I^N définie par u0€I et : ∀n€N, u(n+1)=f(u(n)), on suppose que lim(n → +∞)(u_n)=l€I, alors l=f(l)

u(n+1)=f(u(n))
lim(n → +∞)(u_(n+1))=l, car c’est une suite extraite de (u_n)
En appliquant f, car f est continue en l€I, lim(n → +∞)(f(u_n))=f(l),
Donc par unicité de la limite, l=f(l), la limite est un point fixe

61
Q

Comment déterminer la limite finie d’une suite récurrente en étudiant les points fixes de sa fonction associée ? Dans quel cas est-ce possible ?

A

Si la fonction d’une suite récurrente convergente admet un unique point fixe, puisque la limite est atteinte en un point fixe, on pose l€R la limite de la suite, donc f(l)=l, on résoud

62
Q

Comment déterminer qu’une suite récurrente ne converge pas en étudiant les points fixes de sa fonction ? Dans quel cas est-ce possible ?

A

Si la fonction d’une suite récurrente n’admet aucun point fixe, puisque la limite finie est atteinte en un point fixe, cette suite ne converge pas

63
Q

Comment étudier la limite d’une suite récurrente en pratique ?

A
  1. Check les points fixes au cas où (s’il y en a qu’un ou s’il y en a pas)
  2. Check le signe
  3. Check la monotonie
64
Q

Que signifie-t-il de dire qu’une suite complexe converge ?
Justif

A

Soit u_n une suite complexe, alors :
(u_n) converge vers l€C ⇔ (Re(u_n)) converge vers Re(l) et (Im(u_n)) de l converge vers Im(l)

65
Q

Comment réarranger x × sin(y/x) pour calculer sa limite en +∞ ? (y fixé)

A

On dit x × sin(y/x) = x × y × 1/y × sin(y/x) = y × sin(y/x)/(y/x)
Et lim(n → +∞)(y × sin(y/x)/(y/x)) = y

66
Q

Lorsqu’on demande de montrer l’existence d’une limite, sans pour autant la calculer, quel indice est donné ?

A

Il faut utiliser le théorème de la convergence monotone qui assure simplement l’existence de la limite.

67
Q

Que peut-on dire de la limite d’une suite géométrique complexe de raison q ?

A
  • Si |q|<1, cette suite converge vers 0
  • Si |q|>1, cette suite diverge
68
Q

Peut-on dire qu’une suite complexe diverge vers +/- ∞ ?

A

Non, on a défini uniquement la convergence vers une limite finie, on dit seulement que la suite diverge

69
Q

Quelles sont les méthodes pour montrer qu’une suite explicite diverge ?

A
  • Plusieurs suites extraites qui convergent vers des limites différentes
  • Montrer qu’elle est croissante et non majoré ou décroissante et non minorée
70
Q

Montrer que

A

On ne peut pas faire par encadrement direct car on ne sait pas si les deux suites ont des limites

71
Q

Comment montrer qu’un ensemble un peu complexe n’admet pas de borne supérieure ?

A

On montre qu’il existe une suite d’éléments de cet ensemble qui tend vers +∞