Se connecter
Prépa · MPSI / MP2I

Erreurs fréquentes : Suites réelles : convergence (Prépa, 1re année)

La notion de limite d'une suite est la porte d'entrée de l'analyse : continuité, dérivabilité, séries et intégrales reposent sur elle. Ce chapitre fixe la définition rigoureuse de la convergence et donne les outils pour prouver qu'une suite converge, parfois sans connaître sa limite à l'avance.

Erreur

Écrire $\lim u_n$, ou passer à la limite dans une inégalité, avant d'avoir prouvé que la suite converge.

Ce qu'il faut écrire

Le passage à la limite suppose l'existence des limites. On prouve d'abord la convergence (encadrement, limite monotone, suites adjacentes), puis on manipule la limite. Le théorème d'encadrement, lui, donne l'existence.

Erreur

Conserver une inégalité stricte à la limite : « $u_n<v_n$ donc $\lim u_n<\lim v_n$ ».

Ce qu'il faut écrire

On obtient seulement $\ell\le\ell'$. Contre-exemple : $\frac1n>0$ pour tout $n\ge1$ et pourtant $\lim\frac1n=0$.

Erreur

Affirmer qu'une suite croissante majorée par $M$ converge vers $M$.

Ce qu'il faut écrire

Elle converge vers sa borne supérieure $\ell\le M$. La suite $1-\frac1n$ est majorée par $2$ et tend vers $1$.

Erreur

Pour une suite récurrente, résoudre $f(\ell)=\ell$ et conclure directement que $u_n\to\ell$.

Ce qu'il faut écrire

L'équation des points fixes ne donne que les limites possibles d'une suite dont on sait déjà qu'elle converge, avec $f$ continue en $\ell$. Avec $u_0=2$ et $u_{n+1}=u_n^2$, les points fixes sont $0$ et $1$ mais $u_n\to+\infty$.

Erreur

Croire que si $f$ est croissante, la suite $u_{n+1}=f(u_n)$ est croissante, et que si $f$ est décroissante, la suite est décroissante.

Ce qu'il faut écrire

Si $f$ est croissante sur un intervalle stable, la suite est monotone et son sens dépend du signe de $u_1-u_0$. Si $f$ est décroissante, la suite n'est en général pas monotone : ce sont $(u_{2n})$ et $(u_{2n+1})$ qui sont monotones, de sens contraires.

Erreur

Faire dépendre $N$ de $n$, ou inverser les quantificateurs : « $\forall n,\ \exists N$ … ».

Ce qu'il faut écrire

Dans $\forall\varepsilon>0,\ \exists N,\ \forall n\ge N,\ |u_n-\ell|\le\varepsilon$, le rang $N$ dépend de $\varepsilon$ seulement. On choisit $N$ avant de considérer un $n$ quelconque supérieur à $N$.

Erreur

Conclure à la convergence de $(u_n)$ parce que deux suites extraites convergent vers la même limite.

Ce qu'il faut écrire

Ce n'est vrai que si les deux extractions recouvrent tous les rangs, comme les rangs pairs et impairs. Pour $u_n=(-1)^n$, les suites $(u_{2n})$ et $(u_{4n})$ tendent vers $1$, mais $(u_n)$ diverge.

Erreur

Traiter $1^\infty$ comme valant $1$ : « $\left(1+\frac1n\right)^n\to1$ ».

Ce qu'il faut écrire

C'est une forme indéterminée. On écrit $\left(1+\frac1n\right)^n=\exp\left(n\ln\left(1+\frac1n\right)\right)$ ; or $n\ln\left(1+\frac1n\right)=\frac{\ln(1+1/n)}{1/n}\to\ln'(1)=1$, donc la limite vaut $e$.