Problème de convergence de la relation de récurrence

Oct 02 2020

Les deux séquences $\{a_n\}$ et $\{b_n\}$ sont définis par $$a_1=0, \ \ b_1=1$$ $$ \begin{cases} a_{n+1} &= a_{n}-\frac{b_n}{n+1} \\ b_{n+1} &= na_{n}-b_n \end{cases}\ ,\ n\in\mathbb{N} $$ Je veux montrer que les deux $\{a_n\}$ et $\{b_n\}$ convergent vers $0$. Au début, j'ai essayé de voir si une séquence augmentait et une autre diminuait, et les deux sont bornées, alors je peux utiliser le théorème de convergence monotone, mais après avoir calculé les premiers termes, j'ai compris que$b_n$ n'est pas monotone.

Ensuite, j'ai observé que $a_n=a_1-\displaystyle\sum_{k=1}^{n-1}\frac{b_k}{k+1}$. Cependant, lorsque j'ai essayé d'obtenir un résultat similaire pour$b_n$, J'obtiens un résultat étrange, qui est $$b_n=na_n-(n-1)a_{n-1}+(n-2)a_{n-2}-\cdots+(-1)^na_1+(-1)^{n+1}b_1$$ Et il ne semble pas utile de conclure que les deux séquences convergeront vers $0$.Je me demande donc s’il existe une meilleure façon de le prouver.

Réponses

2 Cesareo Oct 02 2020 at 16:43

Allusion.

Il s'agit d'une récurrence linéaire, donc elle peut être représentée comme

$$ R_{n+1}=M_n R_n $$

Ici $M_n = \left( \begin{array}{cc} 1 & -\frac{1}{n+1} \\ n & -1 \\ \end{array} \right)$ avec des valeurs propres $\pm\frac{1}{\sqrt{n+1}}$ et $|\pm\frac{1}{\sqrt{n+1}}|<1$ pour $n > 0$

Vous pouvez également utiliser les fonctions caractéristiques pour $a_n, b_n$ pour résoudre ceci:

$$ \cases{ \sum_{k=0}^n\left((k+1)a_{k+1}x^k-k a_k x^k - a_k x^k + b_k x^k\right) = 0\\ \sum_{k=0}^n\left(b_{k+1}x^k-k a_kx^k + b_k x^k\right) = 0} $$

appelle maintenant

$$ A(x) = \sum_{k=0}^n a_k x^k\\ B(x) = \sum_{k=0}^n b_k x^k\\ $$

nous avons

$$ \cases{ A'(x)-x A'(x)-A(x)+B(x) = 0\\ \frac 1x \left(B(x)-b_0\right) -x A'(x)+B(x) = 0 } $$

etc.

1 RiverLi Oct 03 2020 at 09:40

Astuce : il est facile d'obtenir$$a_{n+2} = \frac{1}{n+2}(a_{n+1} + a_n), \ n\ge 1 \tag{1}$$ et $$b_{n+2} = \frac{1}{n}(b_{n+1} + b_n), \ n\ge 1. \tag{2}$$

Ensuite, utilisez une forte induction mathématique pour prouver que $|a_n| \le \frac{1}{n}$ pour tous $n\ge 1$.

Alors prouvez que $a_n = b_{n+2}, n\ge 1$.