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Limite d'une suite récurrente : énoncé (Terminale spé)

Théorème

Limite d'une suite récurrente

Soit $f$ une fonction continue sur un intervalle $I$, à valeurs dans $I$, et $(u_n)$ définie par $u_0\in I$ et $u_{n+1}=f(u_n)$ pour tout $n\in\mathbb{N}$.

Si $(u_n)$ converge vers un réel $\ell$ appartenant à $I$, alors $\ell$ vérifie $$f(\ell)=\ell.$$ On dit que $\ell$ est un point fixe de $f$.

Démonstration : Limite d'une suite récurrente
Démonstration

Preuve du théorème du point fixe

La suite $(u_{n+1})$ est la suite $(u_n)$ décalée d'un rang : elle converge aussi vers $\ell$.

Par ailleurs, $(u_n)$ converge vers $\ell\in I$ et $f$ est continue en $\ell$ ; d'après le théorème précédent, $\big(f(u_n)\big)$ converge vers $f(\ell)$.

Or $u_{n+1}=f(u_n)$ pour tout $n$. Une suite convergente a une seule limite, donc $\ell=f(\ell)$.

Attention

Ce que ce théorème ne dit pas

Le théorème ne prouve pas que la suite converge. Il faut d'abord établir la convergence (souvent par le théorème de convergence monotone), puis résoudre $f(\ell)=\ell$.

L'équation $f(\ell)=\ell$ peut avoir plusieurs solutions : on élimine celles qui sont incompatibles avec les informations connues sur la suite (bornes, sens de variation, signe).

S’entraîner

Dans le cours

Continuité : Limite d'une suite récurrente