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Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence"

Posté par
H_aldnoer
16-11-09 à 18:34

Bonjour,

je cherche à démontrer les théorèmes suivants : on étudie les suites de la forme \Large\{u_0\in I\\u_{n+1} = f(u_n), avec \Large f(I)\subset I. On va distinguer les cas où f est croissante et f décroissante.

Voici les énoncés :
TH1 : si f est croissante sur \Large I, alors soit \Large(u_n)_{n\in\mathbb{N} a pour limite un point fixe de f, soit \Large(u_n)_{n\in\mathbb{N} a pour limite une extrémité de \Large I.

TH2 : si f est décroissante sur \Large I, alors f admet un unique point fixe et \Large (u_n)_{n\in\mathbb{N}} oscille autour de ce point.

Pour prouver ces théorèmes je ne sais pas comment m'y prendre, car je ne comprend pas un truc : converger vers une extrémité de \Large I, c'est quoi ? Une suite peut-elle "converger vers \Large\pm\infty" ?

Dois-je considérer un intervalle \Large I=(\alpha,\beta) avec \Large\alpha,\beta\in\bar{\mathbb{R}} ??

Merci pour votre aide!

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 19:17

Il faut bien sûr rajouter l'hypothèse f continue.

Posté par
kioups
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 19:48

Bonsoir, dans le Monier MPSI d'Analyse, je lis que I doit être un intervalle fermé.
Ce qui élimine donc ton cas.

J'y lis également qu'une suite ayant pour limite l'infini est divergente.

Posté par
robby3
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 20:03

salut
regarde ici pour la leçon,c'est assez bien fait:

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 20:39

Merci.

Par contre peut-on m'expiquer les affirmations suivantes :
(i) l'existence de point fixe n'est pas une condition suffisante pour que la suite converge;
(ii) la continuité n'est pas une condition nécessaire pour que la suite converge

Pour le (i), on prend f=-Id et pour le (ii) on prend f=E (partie entière). Mais je saisi pas!

Posté par
mouss33
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 21:00

Pour la ii), prend f(x)=E(x) et U_0=1

Ta suite converge et pourtant, f n'est pas continue.

Posté par
robby3
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 21:46

pourquoi U_{n+1}=E(U_n) converge?

Posté par
mouss33
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 21:54

Avec la condition initiale que j'ai donné, ta suite est constance et vaut systématiquement 1!

Posté par
mouss33
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 21:54

constante pardon!

Posté par
mouss33
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 21:55

et si on prend f(x)=-x, elle a un point fixe (c'est 0) et avec la condition U0=1, la suite diverge car elle ne prend que 2 valeurs => 1 et -1.

Posté par
robby3
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 22:14

ok!

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 16-11-09 à 22:17

Merci 'ti mouss!

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 01:34

Supposons f continue.
Le TH1 nous dit que si \Large (u_n)_n converge alors cette limite est un point fixe de f.
Par conséquent, si l'ensemble des points fixes de f est vide, alors \Large (u_n)_n diverge.

Ce résultat est-il vrai si f n'est pas continue ?
Autrement dit, on se donne f non continue tel que l'ensemble des points fixes de f soit vite : alors est-ce que nécessairement \Large (u_n)_n diverge ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 14:47

Bonjour

NON! Prends f définie par f(x)=0 si x\neq 0 et f(0)=1. Bien sur elle n'a pas de point fixe, mais quelque soit u_0 la suite (u_n) tend vers 0.

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 15:18

Bonjour Camélia!
Merci. Mais alors, comment réaliser l'étude d'une telle suite récurrente ? Comment faire cette étude lorsque f n'est pas continue ?

Par contre, je ne saisi toujours pas le TH1 en fait Qu'est-ce que cela signifie que la limite est une extrémité de \Large I ? Pourquoi ne peut-on pas prendre pour \Large I un intervalle ouvert ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 15:29

Si f est croissante et I borné, la suite (u_n) est monotone, majorée ou minorée selon le cas, donc elle converge... parfois vers une extrémité... Tes énoncés me paraissent bizarres! Il n'y a pas d'hypothèses au début du chapitre?

Sans hypothèse, il me semble que tu ne peux rien dire de plus que (u_n) monotone dans le cas croissant et les suites extraites (u_{2n}) et (u_{2n+1}) monotones dans le cas décroissant!

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 15:50

Il n'y a pas de chapitre! Je rédige une leçon d'oral!

Alors j'ai bien compris le fait que si f continue alors soit f est croissant et alors \Large (u_n) monotone, soit f décroissant et alors \Large (u_{2n}) et \Large (u_{2n+1}) sont de monotonie contraire.

Maintenant je ne saisi pas pourquoi dans le cas ou f est croissant, il faut regarder si \Large (u_n) est majorée ou non. Dans le papier de Gilles Costantini page 14, je ne saisi pas ce passage.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 16:08

Non, ce que j'ai écrit est vrai même si f n'est pas continue... Si f est monotone on a les deux cas dont on parle, mais ça n'assure pas la convergence, sauf si l'intervalle est borné.

J'ai jeté un coup d'oeil rapide au papier et j'ai quand même l'impression que f est toujours continue...

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 16:34

Ok! J'avais pas compris le théorème.
Ce que je ne saisi pas, c'est comment conclure quand a la convergence ou divergence de \Large (u_n) lorsque f est croissante, et surtout comment démontre-t-on ce résultat!

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 17-11-09 à 16:40

Par exemple :

j'ai \Large f : x\in ]0,+\infty[ \to \frac{1}{2}(x+\frac{2}{x}), et \Large \{u_0\in I\\u_{n+1}=f(u_n).

Comme f est continue, si \Large (u_n) converge c'est vers un point fixe de f. J'ai regardé, et il n'y en a qu'un seule \Large x_0=\sqrt{2}.

Maintenant, j'ai calculé la dérivé et je trouve que f décroît sur \Large I_1=]0,\sqrt{2}] et croît sur \Large I_2=[\sqrt{2},+\infty[.

Après je vois pas comment poursuivre!

Posté par
lafol Moderateur
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 18-11-09 à 16:55

Bonjour

le minimum, atteint en racine de 2, vaut racine de 2. Donc pour tout n supérieur ou égal à 1, u_n = f(u_{n-1}) \geq \sqrt{2}
de plus, f(x) - x =\frac{2-x^2}{2x} est négatif si x supérieur à racine de 2

donc pour tout n supérieur ou égal à 1, u_{n+1}-u_n\leq 0 : ta suite est décroissante et minorée donc convergente

Posté par
H_aldnoer
re : Suite récurrente : deux "théorèmes de convergence" 19-11-09 à 20:45

Merci lafol. J'ai pu finalement résoudre mon problème.



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