Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Les suites d’entiers convergentes sont stationnaires

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Solution by darktoaster · FR

Soit (un)(u_{n}) une suite d’entiers relatifs convergente. Montrons qu’elle est stationnaire, c’est-à-dire constante à partir d’un certain rang.
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On note ℓ\ell la limite de (un)(u_{n}).
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Par opérations lim⁡n→+∞(un+1−un)=ℓ−ℓ=0\lim\limits_{n \to +\infty} (u_{n+1} - u_{n}) = \ell - \ell = 0
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Par définition de la limite, en prenant ε=12\varepsilon = \frac 1 2 , il existe un n0∈Nn_{0} \in \mathbb{N} tel que ∀n≥n0,−12≤un+1−un≤12\forall n \ge n_{0}, -\frac 1 2 \le u_{n+1} - u_{n} \le \frac 1 2
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Comme ∀n∈N,un∈Z\forall n \in \mathbb{N}, u_{n} \in \mathbb{Z} par définition de (un)(u_{n}), on a donc ∀n∈N,un+1−un∈Z\forall n \in \mathbb{N}, u_{n+1} - u_{n} \in \mathbb{Z} (la somme/différence entre deux entiers est un entier)
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Le seul entier compris entre −12-\frac 1 2 et 12\frac 1 2 est l’entier 00.
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Donc nous avons ∀n≥n0,un+1−un=0\forall n \ge n_{0} , u_{n+1} -u_{n} = 0
Autrement dit : ∀n≥n0,un+1=un\forall n \ge n_{0} , u_{n+1} = u_{n}
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Ce qui veut dire que unu_{n} est bien stationnaire (constante à partir du rang n0n_{0}).
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Toute suite constante converge et la limite d’une suite convergente est égale à l’unique valeur que prend cette suite.
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(un)(u_{n}) est constante à partir de n0n_{0} donc ∀n≥n0,ℓ=un0=un\forall n \ge n_{0}, \ell = u_{n_{0}} = u_{n}.
Ce qui permet de dire que la limite de (un)(u_{n}) est un entier.

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