MP2 Analyse r´eelle Chapitre 4 SUITES R ´
EELLES R´evisions
I Quantificateurs
1 D´efinitions
Soit (un)nNRN.
(un)nNest convergente si et seulement si aR/(ε > 0,NN/nN,(n
N=⇒ |una| ≤ ε)).
ÃEcrire la phrase quantifi´ee qui traduit la divergence.
(un)nNest divergente et tend vers +si et seulement si MR,NN/nN,(nN=unM)
ÃEcrire la phrase quantifi´ee qui traduit que (un)nNest divergente et tend vers −∞.
ÃDonner des exemples de suites qui divergent et ne tendent pas vers +ni vers −∞.
2 Exercice
Traduire en clair chacun des ´enonc´es suivants,pour aeel fix´e.
ε > 0,NN/nN,(nN=⇒ |una|< ε)
NN,ε > 0 ,nN,(nN=⇒ |una| ≤ ε)
II Suites extraites
1 D´efinition
Soient (un)nNet (vn)nNRN.
(vn)nNest extraite de (un)nNsi et seulement si
il existe ϕ:NN,strictement croissante telle que nN, vn=uϕ(n)
Si (un)nNconverge vers aet si (vn)nNest extraite de (un)nNalors (vn)nNconverge vers a.
ÃDonner un exemple de suite divergente poss´edant des suites extraites convergentes.
2 Exercices
(i) Montrer que si les suites extraites (u2n)nNet (u2n+1)nNconvergent vers la mˆeme limite alors la suite
(un)nNconverge.
(ii) Montrer que si les suites extraites (u2n)nN,(u2n+1)nNet (u3n)nNconvergent alors la suite (un)nN
converge.G´en´eraliser.
III Techniques de comparaison
1 Propri´et´es et d´efinitions
Soient (un)nNet (αn)nNRN.
Si nN,|un| ≤ αnet si (αn)nNtend vers 0 quand ntend vers +,alors (un)nNtend vers 0.
Soient (un)nN,(vn)nNet (wn)nNRN.
Si nN, unvnwnet si (un)nNet (wn)nNconvergent vers la mˆeme limite aalors la suite (vn)nN
converge vers a.
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EELLES R´evisions
Soient (un)nNet (vn)nNRN.
Si nN, unvnet si (un)nNtend vers +alors (vn)nNtend vers +.
(resp si (vn)nNtend vers −∞ alors (un)nNtend vers −∞)
Soient (un)nNet (αn)nNRN.On suppose que (αn)nNest une suite de r´eels non nuls.
-(un)nNest domin´ee par (αn)nN( on note un=O(αn)) si et seulement si il existe M > 0 et NN
tels que : n>N,|un| ≤ M. |αn|ce qui se traduit lorsque αnne s’annule pas, par: ³un
αn´nNest born´ee.
-(un)nNest egligeable devant (αn)nN( on note un=o(αn)) si et seulement si pour tout ² > 0,il
existe NNtel que n>N,|un| ≤ ². |αn|ce qui se traduit lorsque αnne s’annule pas, par un
αntend vers
0 quand ntend vers +.
Autre formulation: il existe une suite (εn)nNtendant vers 0 quand ntend vers +telle que nN,
un=εnn.
Soient (un)nNet (vn)nNdeux suites de r´eels non nuls.
(un)nNet (vn)nNsont ´equivalentes et on note unvn) si et seulement si
unvnest n´egligeable devant un( ou vn)
Autres formulations:
- Pratique lorsque vnne s’annule pas, un
vntend vers 1 quand ntend vers +.
- Th´eorique ε > 0,N, n, (n>N⇒ |unvn|6ε.|vn|)
- il existe une suite (εn)nNtendant vers 0 quand ntend vers +telle que nNun= (1 + εn).vn.
-un=vn+o(vn) ou vn=un+o(un)
Les notations O et o sont les notations de Landau; les notations et ¿celles de Hardy.
2 Exercices
1 Quelle propri´et´e se traduit par un=O(1) ? un=o(1)
2 Soient (un)nNet (vn)nNdeux suites de r´eels `a termes strictement positifs, v´erifiant `a partir d’un certain
rang un+1
unvn+1
vn.Montrer que un=O(vn)
3 Nature des suites et limite ´eventuelle:
a/(ln n)1
ln nb/n2
2nc/ln(cos( 1
n))
tanh( 1
n)d/ nsin n
ln((n+1)α)ln(nα)e/sinh n
en
IV Th´eor`emes de convergence
1 Th´eor`eme de convergence monotone
Toute suite (un)nNde r´eels croissante et major´ee est convergente et lim
n+un= sup
nN
un.
Toute suite (un)nNde r´eels d´ecroissante et minor´ee est convergente et lim
n+un= inf
nNun.
2 Th´eor`eme des suites adjacentes
Soient (un)nNet (vn)nNdeux suites r´eelles telles que (un)nNest croissante, (vn)nNest d´ecroissante et unvn
tend vers 0 quand ntend vers +.On dit que ce sont des suites adjacentes.
Alors (un)nNet (vn)nNconvergent vers la mˆeme limite.
Remarquer qu’avec les hypoth`eses pos´ees on a nN, unvn.
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ÃRappeler le th´eor`eme des segments emboˆıt´es
Exemple de d´emonstration par dichotomie: th´eo des segments emboit´es =th´eor`eme de la borne sup
3 Th´eor`eme de Bolzano 1- Weierstrass 2
De toute suite born´ee de nombres r´eels on peut extraire une suite convergente
emodpar dichotomiec
V Suites un+1 =f(un)
1 Position du probl`eme et principes de l’´etude
Soit Iun intervalle stable par f, application continue, soit uoI.
Alors il existe une unique suite (un)nNd´efinie par la donn´ee de u0et la relation de r´ecurrence un+1 =f(un).
Les limites finies possibles de (un)nNsont parmi les points fixes de fdans Iqui sont les z´eros de x7→
f(x)x.
Il est souvent utile de d´eterminer Ide fa¸con que Isoit stable et fsoit monotone sur I.
Dans ce cas,
-si fest croissante alors (un)nNest monotone et son sens est d´etermin´e par le signe de u1u0
- si fest d´ecroissante les suites extraites (u2n)nNet (u2n+1)nNsont monotones de sens oppos´es `a
d´eterminer en ´etudiant le signe de u2u0.(un)nNconverge si et seulement si (u2n)nNet (u2n+1)nN
convergent vers la mˆeme limite.
On peut ˆetre parfois amen´e `a ´etudier les points fixes de ff( parmi lesquels se trouvent ceux de fet
d’´eventuels points suppl´ementaires).
On doit toujours pr´ef´erer des m´ethodes mieux adapt´ees `a chaque exemple ( comme une ´etude directe de
la monotonie par un+1 un) `a la m´ethode g´en´erale r´esum´ee ci-dessus.
L’utilisation de tests num´eriques ( calculatrice) peut aider.
2 Exemples
(i) un+1 =1
2(un+a
un)
(ii) un+1 =1
5(u3
n1) selon u0
1Bolzano: 1781-1848 Importantes contributions `a l’analyse moderne ( th´eor`eme des valeurs interm´ediaires; continue 6=d´erivable)
2Weierstrass: 1815-1897 Importantes contributions `a l’analyse moderne ( arithm´etisation de l’analyse)
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