Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Real analysisExercise

Convergence de la suite un=1n+1u_n = \frac{1}{n+1}

by SalixBabylonica·
29
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Français

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On considère la suite définie pour tout entier n⩾0n \geqslant 0 par un=1n+1u_n = \frac{1}{n+1}.

Démontrer, à l’aide de la définition de la limite d’une suite, que (un)n∈N(u_n)_{n\in\mathbb{N}} converge vers 00.

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Solution by SalixBabylonica

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On veut montrer que lim⁡n→+∞un=0\lim_{n \to +\infty} u_n = 0.
Autrement dit, on veut montrer que :
∀ϵ>0, ∃N∈N, ∀n≥N, ∣un−0∣≤ϵ.\forall \epsilon > 0, \, \exists N \in \mathbb{N}, \, \forall n\ge N, \, |u_{n}-0|\le\epsilon.

Soit ε>0\varepsilon > 0 fixé.
On a, pour tout entier n≥0n \geq 0,
∣un−0∣=∣1n+1∣=1n+1,|u_n - 0| = \left|\frac{1}{n+1}\right| = \frac{1}{n+1},

Nous cherchons donc N∈NN\in \mathbb{N} tel que, pour tout n≥Nn \geq N,
1n+1≤ε.\frac{1}{n+1} \le \varepsilon.

Cette inégalité est équivalente à
n+1≥1ε⟺n≥1ε−1.n+1 \ge \frac{1}{\varepsilon} \quad \Longleftrightarrow \quad n \ge \frac{1}{\varepsilon} - 1.

Il suffit alors de choisir un entier NN vérifiant
N≥1ε−1.N \geq \frac{1}{\varepsilon} - 1.

Par exemple, on peut prendre
N=⌈1ε−1⌉,N = \left\lceil \frac{1}{\varepsilon} - 1 \right\rceil,

où ⌈x⌉\lceil x \rceil désigne le plus petit entier supérieur ou égal à xx (⌈x⌉≥x\lceil x \rceil \ge x ).
Ainsi, pour tout n≥Nn \geq N, on a
n≥1ε−1⇒n+1≥1ε⇒1n+1≤ε.n \ge \frac{1}{\varepsilon} - 1 \quad \Rightarrow \quad n+1 \ge \frac{1}{\varepsilon} \quad \Rightarrow \quad \frac{1}{n+1} \le \varepsilon.

Donc, on vient de démontrer que
∀ϵ>0, ∃N∈N, ∀n≥N, ∣un−0∣≤ε.\forall \epsilon>0, \, \exists N \in \mathbb{N}, \, \forall n \ge N, \, |u_n - 0| \le \varepsilon.

C’est la définition de la convergence et cela montre que la suite (un)(u_n) converge vers 00 :
lim⁡n→+∞un=0.\boxed{\lim_{n \to +\infty} u_n = 0.}

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