Suite récurrente

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Bonjour, je souhaite étudier la suite $(u_n)_{n \in \mathbb N}$ définie par $u_0 = 0$ et $u_{n+1} = \dfrac{(u_n - 3)^2}{4}$.

Déjà, on peut re-écrire $u_{n+1} = \dfrac{1}{4}u_n^2 - \dfrac{3}{2}u_n + \dfrac{9}{4}$ donc sa fonction itératrice n’est autre que le trinôme de second degré $f : x \mapsto \dfrac{1}{4}x^2 - \dfrac{3}{2}x + \dfrac{9}{4}$ de déterminant positif, qui prend ainsi ses valeurs sur $\mathbb R^+$, s’annule en 3 et est décroissante sur $]-\infty, 3]$ puis croissante sur $[3, +\infty[$.

Puisque $u_0 = 0$, j’imagine que je peux montrer que les termes de la suite sont compris entre 0 et 3, auquel cas il faudra étudier par la suite le(s) point(s) fixe(s) de $f \circ f$ (puisqu’elle est décroissante sur $[0, 3]$ et $f([0, 3]) \subset [0, 3]$ ce qui assure l’existence de la restriction $f : [0, 3] \to [0, 3]$) mais son calcul est très laborieux et je me demande aussi si les termes de la suite se trouvent bien exclusivement dans cet intervalle, ce qui m’invite à rejeter ma méthode.

Quelqu’un peut-il me mettre sur le droit chemin? Merci.

Tu commences en disant que tu veux étudier la suite … … Ok.

Revenons aux fondamentaux : ça veut dire quoi, "étudier une suite" ?

Pour moi, étudier une suite, c’est se poser 2 questions, dans cet ordre : - La suite est-elle monotone ? - La suite admet-elle une limite, et si oui laquelle ?

Je peux me tromper, mais quoi qu’il en soit, quel est ton plan ?

Par ailleurs, tu parles de points fixes de fof , et tu parles de calcul très laborieux.

Pourquoi fof, et pas f ?

Merci pour vos réponses.

Voici mon plan :

  • Montrer si ou non la suite est bornée.
  • Montrer si elle est monotone.
  • Conclure sur sa convergence (ou divergence).
  • Calculer, si elle existe, sa limite.

Comme l’indique InaDeepThink, $f([0, 3]) \subset [0, 3]$ donc on montre aisément par récurrence, en utilisant $u_0 = 0$, que les termes de la suites se situent dans l’intervalle $[0, 3]$.

Par étude du signe de $u_{n+1} - u_n$, je trouve que la suite est croissante. Ainsi, elle est croissante et majorée par 3 donc elle converge vers $l \in \mathbb R$.

Ensuite par continuité de $f$, on a $f(l) = l$ et on trouve, en résolvant l’équation (je passe les longs détails), que $l = 1$ ou $l = 9$.

Ici il me semble que $1$ soit solution puisque $9 > 3$.

Mais je pensais que dans le cas où $f$ est décroissante (et c’est le cas sur l’intervalle en question), il fallait étudier les points fixes de $f \circ f$

Si notre suite a une limite, alors f(l)=l, c’est une condition sine qua non.

Mais effectivement, l est également solution de l’équation f(f(l)) = l , et peut-être que dans certains cas très particulier, cette 2ème équation est plus simple à résoudre que la précédente. Ceci dit, si tu résous l’équation f(f(l))=l, ça va te donner différentes valeurs possibles pour l, et il faudra vérifier que ces valeurs sont aussi solutions de f(l)=l.

Une condition nécessaire n’est généralement pas une condition suffisante.

Je crois effectivement que tu t’es lancé dans un mauvais plan d’attaque.

Par exemple, pour regarder si elle est majorée, tu voir que si $0\leq |u_n| \leq 3$ alors (en étudiant les variations de $(u_n-3)^2$ :

$$ 0 \leq \frac{(u_n-3)^2}{4} \leq \frac 94 < 3$$
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