📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
- Définition : Une suite est une application $u : \mathbb{N} \to \mathbb{R}$.
- Monotonie : $(u_n)$ est croissante si $\forall n \in \mathbb{N}, u_{n+1} - u_n \geq 0$.
- Bornes : $(u_n)$ est majorée s'il existe $M \in \mathbb{R}$ tel que $\forall n \in \mathbb{N}, u_n \leq M$.
- Convergence : $(u_n)$ converge vers $l \in \mathbb{R}$ si $\forall \varepsilon > 0, \exists N \in \mathbb{N}, \forall n \geq N, |u_n - l| < \varepsilon$.
- Théorèmes fondamentaux :
- Toute suite croissante et majorée est convergente.
- Théorème de la limite monotone (pour les suites monotones).
- Théorème des gendarmes et opérations sur les limites.
- Suites adjacentes : $(u_n)$ croissante, $(v_n)$ décroissante et $\lim (u_n - v_n) = 0 \implies$ convergence vers une limite commune.
Méthodes à maîtriser
- Étude de monotonie : Étudier le signe de $u_{n+1} - u_n$ ou comparer $u_{n+1}/u_n$ à 1 (si $u_n > 0$).
- Récurrence : Indispensable pour montrer qu'une suite est majorée/minorée ou pour établir une propriété.
- Suites définies par $u_{n+1} = f(u_n)$ : Si $f$ est continue et $u_n \to l$, alors $f(l) = l$.
- Utilisation des suites extraites : Si $(u_{2n})$ et $(u_{2n+1})$ convergent vers la même limite $l$, alors $(u_n)$ converge vers $l$.
Exemples corrigés
- Exemple 1 : Montrer que $u_n = \frac{1}{n}$ tend vers 0. Soit $\varepsilon > 0$. On veut $\frac{1}{n} < \varepsilon \iff n > \frac{1}{\varepsilon}$. En posant $N = \lfloor \frac{1}{\varepsilon} \rfloor + 1$, on a bien $|u_n - 0| < \varepsilon$ pour $n \geq N$.
- Exemple 2 : Soit $u_{n+1} = \sqrt{u_n+2}$ avec $u_0=0$. Par récurrence, $0 \leq u_n < 2$. $u_{n+1}-u_n = \frac{-u_n^2+u_n+2}{\sqrt{u_n+2}+u_n} = \frac{-(u_n-2)(u_n+1)}{\dots} \geq 0$. La suite est croissante et majorée, donc convergente vers $l$ tel que $l = \sqrt{l+2} \implies l=2$.
Erreurs fréquentes
- Confondre "suite bornée" et "suite convergente" (ex: $(-1)^n$ est bornée mais diverge).
- Oublier de vérifier la continuité de $f$ avant de poser $f(l)=l$.
- Affirmer qu'une suite est croissante sans vérifier le signe de la différence.