Encore un exercice à la démarche usuelle et "classique" sur cette thématique. Soit (un) une suite de nombres réels qui converge vers ℓ. Pour n⩾1, on pose : vn=nu1+u2+⋯+un
Question 1
Montrez que la suite (vn) est convergente, et converge vers ℓ.
Correction
D'après l'énoncé, on sait que la suite (un) converge. Soit ℓ∈R. Cette convergence se traduit par l'assertion : ∀ε>0,∃n0∈N,n⩾n0⟹∣un−ℓ∣<ε On pose ε=2ϵ, avec ϵ∈R. De fait, il existe un nombre entier naturel n0, tel que ∣un−ℓ∣<2ϵ. On a alors : vn−ℓ=vn−nnℓ=nu1+u2+⋯+un−nnℓ=nu1+u2+⋯+un−nℓ=n(u1−ℓ)+(u2−ℓ)+⋯+(un−ℓ) Nous allons écrire ceci en faisant apparaitre l'entier n0. On a : vn−ℓ=n(u1−ℓ)+(u2−ℓ)+⋯+(un0−ℓ)+⋯+(un−ℓ) Donc : ∣vn−ℓ∣=∣∣n(u1−ℓ)+(u2−ℓ)+⋯+(un0−ℓ)+⋯+(un−ℓ)∣∣ De fait : ∣vn−ℓ∣⩽n∣u1−ℓ∣+∣u2−ℓ∣+⋯+∣un0−ℓ∣+⋯+∣un−ℓ∣ Soit : ∣vn−ℓ∣⩽n∣u1−ℓ∣+∣u2−ℓ∣+⋯∣un0−1−ℓ∣+n∣un0−ℓ∣+⋯+∣un−ℓ∣ Soit encore : ∣vn−ℓ∣⩽n∣u1−ℓ∣+∣u2−ℓ∣+⋯∣un0−1−ℓ∣+n2ϵ+⋯+2ϵ Ce qui nous donne : ∣vn−ℓ∣⩽n∣u1−ℓ∣+∣u2−ℓ∣+⋯∣un0−1−ℓ∣+n(n−n0+1)2ϵ Cependant, on a : (n−n0+1)2ϵ⩽n2ϵ⟹n(n−n0+1)2ϵ⩽2ϵ Ce qui implique que : ∣vn−ℓ∣⩽n∣u1−ℓ∣+∣u2−ℓ∣+⋯∣un0−1−ℓ∣+n(n−n0+1)2ϵ⩽n∣u1−ℓ∣+∣u2−ℓ∣+⋯∣un0−1−ℓ∣+2ϵ Posons A=∣u1−ℓ∣+∣u2−ℓ∣+⋯∣un0−1−ℓ∣∈R. On a alors : ∣vn−ℓ∣⩽nA+2ϵ Comme on a n⟶+∞limnA=0 cela signifie qu'il existe un certain nombre entier naturel n1, plus grand ou égal à n0 tel que nA<2ϵ. De fait cela nous permet d'écrire que : ∀n⩾n1,nA+2ϵ<2ϵ+2ϵ⟺∀n⩾n1,nA+2ϵ<ϵ Ceci nous permet d'écrire que : ∀n⩾n1,∣vn−ℓ∣<ϵ. On a adonc montrer que : ∀ϵ>0,∃n1∈N,n⩾n1⟹∣vn−ℓ∣<ϵ Ceci prouve que la suite (vn) est convergente et converge vers le réel ℓ.