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Prépa, 1re année › Suites réelles : convergence › Passage à la limite dans une inégalité large

Passage à la limite dans une inégalité large : énoncé (MPSI)

Théorème

Passage à la limite dans une inégalité large

Soient $(u_n)$ et $(v_n)$ deux suites convergentes, de limites $\ell$ et $\ell'$. Si $u_n\le v_n$ à partir d'un certain rang, alors $\ell\le\ell'$.

Cas particulier : si $u_n\to\ell$ et $u_n\le M$ à partir d'un certain rang, alors $\ell\le M$ (prendre $v_n=M$).

Démonstration : Passage à la limite dans une inégalité large
Démonstration

Preuve

Par l'absurde, supposons $\ell>\ell'$. La suite $w_n=u_n-v_n$ converge vers $\ell-\ell'>0$. D'après la section précédente, il existe $N_1$ tel que $w_n\ge\frac{\ell-\ell'}2>0$ pour $n\ge N_1$. Par hypothèse, il existe $N_2$ tel que $w_n\le0$ pour $n\ge N_2$. Pour $n\ge\max(N_1,N_2)$, on obtient $0<w_n\le0$ : contradiction. Donc $\ell\le\ell'$.

Attention

Inégalités strictes et existence des limites

Le passage à la limite ne conserve pas les inégalités strictes : pour tout $n\ge1$, $\frac1n>0$, mais $\lim\frac1n=0$. De $u_n<v_n$ on déduit seulement $\ell\le\ell'$.

Ce théorème suppose que les deux limites existent : il ne prouve aucune convergence. Écrire « $u_n\le v_n$ donc $\lim u_n\le\lim v_n$ » sans avoir justifié l'existence des limites est une faute.

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Dans le cours

Suites réelles : convergence : Passage à la limite dans une inégalité large