Compétence · Terminale TS.SUIT.CMP.01 Niveau : Difficile

Appliquer les théorèmes de comparaison et d'encadrement pour déterminer une limite

Utiliser les théorèmes des gendarmes, de comparaison et de convergence monotone pour établir la limite d'une suite dont le calcul direct est inaccessible.

Chapitre : Suites et raisonnement par récurrence Filière : Term Spécialité Maths Temps de maîtrise : ~60 min

Le cours

Limites et comparaison~1 min

À retenir — Théorèmes de comparaison (à partir d'un certain rang)

• Minoration : si $u_n\geq v_n$ et $\lim\limits_{n\to+\infty} v_n=+\infty$, alors $\lim\limits_{n\to+\infty} u_n=+\infty$.
• Majoration : si $u_n\leq v_n$ et $\lim\limits_{n\to+\infty} v_n=-\infty$, alors $\lim\limits_{n\to+\infty} u_n=-\infty$.
• Gendarmes : si $v_n\leq u_n\leq w_n$ et $\lim\limits_{n\to+\infty} v_n=\lim\limits_{n\to+\infty} w_n=\ell$, alors $\lim\limits_{n\to+\infty} u_n=\ell$.

Démonstration exigible — théorème de minoration

Soit $A$ un réel. Il existe un rang $n_0$ à partir duquel $u_n\geq v_n$.
Comme $\lim\limits_{n\to+\infty} v_n=+\infty$, il existe un rang $n_1$ à partir duquel $v_n\geq A$.
Posons $p=\max(n_0\,;n_1)$. Pour tout $n\geq p$ : $u_n\geq v_n\geq A$.
Donc, par définition, $\lim\limits_{n\to+\infty} u_n=+\infty$. $\blacksquare$

Méthode — quand comparer ?

Dès que l'expression contient $(-1)^n$, $\sin n$ ou $\cos n$ : ces termes n'ont pas de limite, mais ils sont bornés entre $-1$ et $1$. On part de cet encadrement et on reconstruit $u_n$ étape par étape.

Exemple

$u_n=\bigl[2+(-1)^n\bigr]\,n^2$. $(-1)^n\geq-1$ donc $2+(-1)^n\geq1$, puis (car $n^2\geq0$) $u_n\geq n^2$.
Or $\lim\limits_{n\to+\infty} n^2=+\infty$ : d'après le théorème de minoration, $\lim\limits_{n\to+\infty} u_n=+\infty$.

Exemple

$v_n=\dfrac{2+\sin n}{n}$ pour $n\geq1$. $-1\leq\sin n\leq1$ donc $1\leq2+\sin n\leq3$, puis (car $n\gt 0$) $\dfrac1n\leq v_n\leq\dfrac3n$.
Or $\lim\limits_{n\to+\infty}\frac1n=\lim\limits_{n\to+\infty}\frac3n=0$ : d'après le théorème des gendarmes, $\lim\limits_{n\to+\infty} v_n=0$.

Conçu et validé par Laurent Jacquet, professeur de mathématiques. Qui conçoit les cours ?

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