Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Liens asymptotiques entre xnnx_n^n et n(1−xn)n(1-x_n)

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Solution by Sequoia · FR

Implication dircecte: On peut écrire que 0⩽xnn⩽e−2A0\leqslant x_n^n\leqslant e^{-2A} à partir d’un certain rang dépendant de η>0\eta>0.
On passe alors à la racine nn-ème et on fait apparaître n(1−xn)n(1-x_n) qui vérifie ainsi l’inégalité n(1−xn)⩾n(1−e−2A/n)n(1-x_n)\geqslant n(1-e^{-2A/n}).

Or 1−e−2Axx\displaystyle\frac{1-e^{-2A x}}{x} tend vers 2A2A quand xx tend vers 00 (on remarque un taux d’accroissement qui tend vers la dérivée de x⟼e−2Axx\longmapsto e^{-2Ax} en 00), donc on a la même limite pour x=1n⟶n→+∞0x=\frac{1}{n}\underset{n\to+\infty}{\longrightarrow}0. Donc pour nn assez grand on peut minorer n(1−xn)n(1-x_n) par AA et ce, pour tout A>0A>0. Ainsi n(1−xn)n(1-x_n) tend vers l’infini.

Implication réciproque: On veut montrer que 0⩽xnn⩽ε0\leqslant x_n^n\leqslant \varepsilon à partir d’un certain rang. Or pour A>0,A>0, on a qu’il existe n0∈Nn_0\in\mathbb{N} tel que ∀n⩾n0, n(1−xn)⩾A\forall n\geqslant n_0,\,n(1-x_n)\geqslant A. Donc 0⩽xnn⩽(1−An)n0\leqslant x_n^n\leqslant (1-\frac{A}{n})^n, qui approche e−Ae^{-A} à ε2\frac{\varepsilon}{2} près (que que c’en est la limite, passer au log pour le voir). Il ne nous reste plus qu’à prendre A=−ln⁡(ε2)A=-\ln(\frac{\varepsilon}{2}) (avec 0<ε<20<\varepsilon<2) pour conclure que (xnn)n(x_n^n)_n tend vers 00.

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