« Approfondissement sur les suites numériques/Convergence » : différence entre les versions

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* <math>\lim_{n \to +\infty}u_n=-\infty</math> si <math>u_n</math> est aussi petit que l’on veut à partir d’un certain rang. C'est-à-dire :<center><math> \forall A \in \R\quad\exists N\in \N\quad\forall n\ge N\quad u_n < A </math>.</center>
}}
 
==Limites et relation d'ordre==
{{Théorème|contenu=
Si deux suites <math>(u_n)</math> et <math>(v_n)</math> admettent respectivement pour limites (finies ou infinies) <math>\ell</math> et <math>L</math> alors :
<center>si <math>\forall\varepsilonell<L</math> alors <math>0\quad\exists N'\in\N\quad\forall n\ge N\quad\left| u_n-\ell'\right|<\varepsilonv_n</math>.</center>
}}
 
C'est un cas particulier d'un [[Fonctions d'une variable réelle/Limites#Limites et relation d'ordre|théorème analogue sur les fonctions]].
 
On en déduit la propriété de '''passage à la limite dans les inégalités''' :
{{Corollaire|contenu=
Sous les mêmes hypothèses,
<center>si <math>\exists N\in\N\quad\forall n\ge N\quad u_n\ge v_n</math> alors <math>\ell\ge L</math>.</center>}}
 
On utilise souvent ce théorème et son corollaire dans le cas où l'une des deux suites est constante.
 
==Unicité de la limite==
Le théorème suivant légitime la notation <math>\lim_{n\to +\infty}u_n=</math> introduite dans les définitions ci-dessus.
{{Théorème
| contenu=
Une suite a au plus une limite (finie ou infinie).}}
 
{{Démonstration déroulante|contenu=
Si une même suite a pour limites <math>\ell</math> et <math>L</math> alors, d'après le corollaire précédent, on a à la fois <math>\ell\ge L</math> et <math>L\ge\ell</math>, donc <math>\ell=L</math>.
| contenu =
}}
Raisonnons par l'absurde, donc supposons qu'une suite <math>(u_n)</math> possède deux limites <math>\ell<\ell'</math>, avec par exemple <math>\ell</math> et <math>\ell'</math> finies (on traiterait de même le cas <math>\ell=-\infty</math> ou <math>\ell'=+\infty</math>).
 
D'après la définition de la limite, on peut affirmer que
 
<math>\forall\varepsilon>0\quad\exists N\in\N\quad\forall n\ge N\quad\left|u_n-\ell\right|<\varepsilon</math>
 
et
 
<math>\forall\varepsilon>0\quad\exists N'\in\N\quad\forall n\ge N\quad\left|u_n-\ell'\right|<\varepsilon</math>.
 
donc <math>n>\max(N,N')</math> on a
<math>|u_n-\ell|< \epsilon : (1)</math>
<math>|u_n-\ell'|< \epsilon : (2)</math>
 
en additionnant <math>(1)</math> et <math>(2)</math> on a
<math>|u_n-\ell'|+|u_n-\ell|< 2\epsilon : (3)</math>
 
d'après l'inégalité triangulaire
<math>|\ell-\ell'|=|\ell-u_n - \ell'+ u_n| < |\ell - u_n|+|-\ell' + u_n| = |u_n - \ell'|+|u_n - \ell| : (4)</math>
 
en intégrant <math>(4)</math> à <math>(3)</math> on obtient
 
<math>|\ell-\ell'|<2\epsilon : (5)</math>
 
puisque cette inégalité est vraie pour tout <math>\epsilon>0</math> et que l’on a posé au départ <math>\ell<\ell'</math> on peut poser <math>\epsilon =(\ell'-\ell)/2</math> en l'intégrant à <math>(5)</math> on obtient
<math>|\ell-\ell'|<2 \times \frac12|\ell-\ell'|</math>
:donc <math>1<1</math>,
ce qui est absurde.}}
 
==Théorème des suites convergentes==