Les suites réelles et complexes Table des matières

Les suites réelles et complexes
Table des matières
1 L’ensemble des suites sur IK 2
1.1 Loisdecomposition .............................. 2
1.2 Suites majorées, minorées, bornées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Suitesmonotones................................ 2
2 Convergence, divergence 3
2.1 Dénitions ................................... 3
2.2 Propriétés algébriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Propriétés d’ordre des suites réelles convergentes ou divergentes vers l’infini 5
3 Utilisation de la monotonie 6
3.1 Suites réelles monotones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2 Suitesadjacentes................................ 6
4 Suites extraites 7
5 Relation de comparaison 7
5.1 Relation de domination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5.2 Relation de négligeabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5.3 Relation d’équivalence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1
Dans ce chapitre, IK désigne IR ou CI.
1 L’ensemble des suites sur IK
1.1 Lois de composition
Définition 1 : On appelle, suite d’éléments de IK indexée par I, (où I∈ P(IN)), toute
application de Idans IK :
u:IIK
n7−un
On note upar (un)nI.unest le nième terme de la suite.
L’ensemble des suites d’éléments de IK indexée par Iest noté IKI.
On définit sur cet ensemble une addition et une multiplication internes, puis une multi-
plication externe qui font de IKIun anneau commutatif, puis un espace vectoriel.
1.2 Suites majorées, minorées, bornées
Dans ce paragraphe, IK =IR.
Définition 2 : On dit que la suite réelle (an)nIest majorée (resp : minorée, resp : bornée)
si l’ensemble {an/n I}est une partie majorée (resp : minorée, resp : bornée) de IR.
En d’autres termes,
(an)nIest majorée ⇒ ∃αIR, nI, anα
(an)nIest minorée ⇒ ∃αIR, nI, anα
(an)nIest bornée ⇒ ∃(α, β)IR2,nI, β anα
On démontre que :
(an)nIest bornée ⇒ ∃γIR, nI, |an|≤ γ
1.3 Suites monotones
Dans ce paragraphe, IK =IR.
Définition 3 : Soit une suite réelle (an)nI.
On dit que (an)nIest croissante (resp : strictement croissante) si :
nI, anan+1 (resp :nI, an< an+1)
On dit que (an)nIest croissante (resp : strictement décroissante) si :
nI, anan+1 (resp :nI, an> an+1)
On dit qu’une suite est monotone (resp : strictement monotone) si elle est croissante
ou décroissante
(resp : strictement croissante ou strictement décroissante).
On dit qu’une suite est stationnaire si à partir d’un certain rang, elle est constante,
c’est à dire : pI, nI, n p, an=ap
2
2 Convergence, divergence
2.1 Définitions
Désormais, dans toute la suite de ce chapitre, les définitions et propriétés sont données
pour des suites indexées par IN. Pour des suites indexées par des parties I6=IN, il faut
remplacer la condition nIN, par nIlorsqu’il est question du nième terme de la suite.
Définition 4 : Soit une suite (un)nIN d’éléments de IK.
1) On dit que (un)nIN converge vers lIK si :
ε > 0,NεIN, nNε,|unl|≤ ε
On note alors lim
n+un=lou lim(un)nIN =lou un
n+l.
lest appelé limite de la suite.
2) On dit que (un)nIN est convergente si il existe un élément lIK tel que (un)nIN
converge
vers lIK :
lIK, ε > 0,NεIN, nNε,|unl|≤ ε
3) On dit que (un)nIN est divergente si elle ne converge pas, c’est à dire donc :
lIK, ε > 0,NIN, nN, |unl|> ε
Propriété 1 :Unicité de la limite quand elle existe
Si (un)nIN est convergente, alors sa limite est unique.
Propriété 2 :
1) Modification d’un nombre fini de termes
Si (un)nIN converge vers lIK et si la suite (yn)nIN est telle que : pIN, np, un=yn,
alors (yn)nIN converge vers lIK.
2) calage d’indice
Soient (un)nIN une suite et (yn)nIN telle que : kZZ, nIN, yn=un+k.
Les deux suites sont de même nature et si elles convergent, elles convergent vers la
même limite.
Définition 5 : Soit une suite (un)nIN réelle.
1) On dit que (un)nIN diverge vers +si :
A > 0,NAIN, nNA, unA
On note lim
n+un= +ou lim(un)nIN = +ou un
n++.
2) On dit que (un)nIN diverge vers −∞ si :
B < 0,NBIN, nNB, unB
On note lim
n+un=−∞ ou lim(un)nIN =−∞ ou un
n+−∞.
Remarques :
1) (un)nIN diverge vers +si et seulement si (un)nIN diverge vers −∞.
2) Toute suite divergeant vers l’infini est une suite divergente.
3
Propriété 3 :
1) Toute suite convergente est bornée.
2) Toute suite réelle divergente vers +est minorée et non majorée.
3) Toute suite réelle divergente vers −∞ est majorée et non minorée.
Remarques :
1) Toute suite non bornée est divergente.
2) Il existe des suites bornées non convergentes : par exemple, un= (1)n.
2.2 Propriétés algébriques
Propriété 4 : Soient λIK, (l, l0)IK2,(un)nIN ,(vn)nIN deux suites d’éléments de IK
(on dit auusi des suites numériques).
On a :
1) (un)nIN converge vers l=(|un|)nIN converge vers |l|.
2) (un)nIN converge vers 0 (|un|)nIN converge vers 0.
3)
(un)nIN converge vers l
(vn)nIN converge vers l0=(un+vn)nIN converge vers l+l0
4) (un)nIN converge vers l=(λun)nIN converge vers λl.
5)
(un)nIN converge vers 0
(vn)nIN est bornée =(unvn)nIN converge vers 0
6)
(un)nIN converge vers l
(vn)nIN converge vers l0=(unvn)nIN converge vers l l0
7)
(un)nIN converge vers l
l6= 0 =
a)1
unnIN
est défini à partir d’un certain rang
b)1
unnIN
converge vers 1
l
8)
(un)nIN converge vers l
(vn)nIN converge vers l0
l06= 0
=
a)un
vnnIN
est défini à partir d’un certain rang
b)un
vnnIN
converge vers l
l0
Propriété 5 : Soient (xn)nIN et (yn)nIN deux suites réelles, (l, l0)IR2et la suite
complexe (zn)nIN définie par : nIN, zn=xn+i ynet L=l+i l0.
Alors :
(zn)nIN converge vers L(xn)nIN converge vers let (yn)nIN converge vers l0
4
Propriété 6 : Soient (un)nIN et (vn)nIN deux suites réelles.
1) Si (un)nIN diverge vers +et (vn)nIN est minorée alors (un+vn)nIN diverge vers
+.
En particulier :
(un)nIN diverge vers +
(vn)nIN diverge vers +=(un+vn)nIN diverge vers +
(un)nIN diverge vers +
(vn)nIN converge vers lIR =(un+vn)nIN diverge vers +
2) Si (un)nIN diverge vers +et si C > 0,NIN, nN, vnCalors (unvn)nIN
diverge vers +.
En particulier :
(un)nIN diverge vers +
(vn)nIN diverge vers +=(unvn)nIN diverge vers +
(un)nIN diverge vers +
(vn)nIN converge vers lIR
+
=(unvn)nIN diverge vers +
3) (un)nIN diverge vers ±∞ =1
unnIN
converge vers 0.
4) Si (un)nIN converge vers 0 et si NIN, nN, un>0alors 1
unnIN
diverge
vers +.
2.3 Propriétés d’ordre des suites réelles convergentes ou diver-
gentes vers l’infini
Ce paragraphe ne concerne que des suites réelles car on fait intervenir .
Propriété 7 : Soient (un)nIN une suite réelle convergente vers l,(a, b)IR2.
1) Si a < l, alors :
N1IN, nN1, a < un
2) Si l < b, alors :
N2IN, nN2, un< b
3) Si a < l < b, alors :
NIN, nN, a < un< b
4) Si l6= 0, alors, à partir d’un certain rang, un6= 0 et unest du signe de l.
Propriété 8 :Passage à la limite dans les inégalités
Soient (un)nIN et (vn)nIN deux suites réelles convergentes respectivement vers let
l0,(a, b)IR2.
1) Si N1IN tel que nN1, a un, alors al.
2) Si N2IN tel que nN2, unb, alors lb.
3) Si NIN tel que nN, unvn, alors ll0.
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