ROC : Limite de q^n avec q>1

Inégalité de Bernoulli

Pour \(a>0\) et tout entier n, on a l'inégalité \((1+a)^n\geqslant 1+na\).

Question

ROC : Démontrer cette inégalité

Solution

MéthodeDémonstration de l'inégalité de Bernoulli

Posons \(\mathcal P_n\) la propriété disant que pour tout réel a>0 et \(n\) donné, \((1+a)^n\geqslant 1+na\).

1. Initialisation

Si \(n=0\) et \(a>0\), \((1+a)^0=1\) et \(1+0a=1\). Comme \(1\geqslant 1\), la propriété \(\mathcal P_0\) est vraie donc la récurrence est initialisée.

2. Hérédité

Supposons que pour \(a>0\) et un certain rang \(k\), la propriété \(\mathcal P_k\) soit vraie. Démontrons la au rang \(k+1\).

Donc, supposons que l'on a \((1+a)^k\geqslant 1+ka\).

On a : \((1+a)^{k+1}=(1+a)(1+a)^k\geqslant (1+a)(1+ka)\) en utilisant l'hypothèse de récurrence que \(\mathcal P_k\) est vraie car on a multiplié l'inégalité par (1+a) qui est positif.

En développant, on obtient \((1+a)^{k+1}\geqslant 1+ka+a+ka^2\).

Donc \((1+a)^{k+1}\geqslant 1+(k+1)a+ka^2\)

Or \(ka^2>0\) donc \((1+a)^{k+1}\geqslant 1+(k+1)a\).

La propriété \(\mathcal P_{k+1}\) est donc vraie. Elle est héréditaire.

3. Conclusion

On en déduit d'après le principe de récurrence que la propriété \(\mathcal P_n\) est vraie pour tout n, à savoir :

pour \(a>0\) et tout entier n, on a l'inégalité \((1+a)^n\geqslant 1+na\).

Limite de q^n quand q>1

pour tout réel \(q>1\), on a \(\lim\limits_{n \to +\infty} q^n=+\infty\)

Question

ROC : Démontrer cette limite

Solution

ComplémentLimite de q^n quand q>1

Puisqu'on est dans le cas \(q>1\), on peut écrire \(q=1+a\) avec \(a>0\)

On peut alors appliquer l'inégalité de Bernoulli que nous avons démontrée précédemment :

\(q^n\geqslant 1+an\) avec \(a>0\)

On sait par les propriétés du produit de limites et de somme que \(\lim\limits_{n \to +\infty} 1+an=+\infty\) puisque \(a>0\).

On en déduit d'après le théorème de comparaison que \(\lim\limits_{n \to +\infty} q^n=+\infty\).