[Media aritmetico-geometrica] Successioni che convergono allo stesso limite

Studio di successioni per ricorrenza autonome e non autonome
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DavidMath
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[Media aritmetico-geometrica] Successioni che convergono allo stesso limite

Post by DavidMath »

Buongiorno, spero di non aver sbagliato sezione.

Sia \(0<b_1<a_1\). Consideriamo due successioni \((a_n)\) e \((b_n)\) definite nel seguente modo:

\(a_{n+1} = \dfrac{ a_n+b_n}{2}\) con \(n \geq 1\)

\(b_{n+1} =\sqrt{a_nb_n}\) con \(n \geq 1\)

Dimostrare che \((a_n)\) e \((b_n)\) convergono verso lo stesso limite.

Volevo chiedere dei consigli su come posso procedere.
Ho provato ad usare il Teorema di Césaro-Stolz tuttavia non ho ben capito se soddisfo le ipotesi per poterlo usare, oppure se c'è un altra strada più facile per procedere.

Grazie per l'aiuto :D

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Massimo Gobbino
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Re: Successioni che convergono allo stesso limite

Post by Massimo Gobbino »

Ho modificato il titolo, per renderlo più aderente alla realtà.

Detto questo, un paio di aiutini
[+] Hint_1
La successione \(a_n\) è decrescente, mentre la successione \(b_n\)è crescente
[+] Hint_2
La successione \(b_n\) sta sempre sotto la successione \(a_n\).
Se serve altro, basta chiedere!

DavidMath
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Re: [Media aritmetico-geometrica] Successioni che convergono allo stesso limite

Post by DavidMath »

La ringrazio :D , provo a scriverle i passaggi che ho fatto.

Per la disuguaglianza tra media aritmetica e media geometrica
\(\sqrt{a_nb_n} \leq \frac{a_n+b_n}{2} =>\)

\(b_1\leq b_n \leq b_{n+1} \leq a_{n+1}\leq a_n \leq a_1\)

Per la definizione di successione monotona e per la definizione di successione limitata ho che:
\(b_n\) risulta essere monotona crescente e limitata
\(a_n\) risulta essere decrescente e limitata

Per il Teorema sull'esistenza dei limiti di successioni monotone

Esiste il limite \(\lim_{n\to +\infty} b_n = \sup (b_n)_{n\in\mathbb{N}}\)

Esiste il limite \(\lim_{n\to +\infty} a_n= \inf (a_n)_{n\in\mathbb{N}}\)

(Dubbio: primo riguardo l'utilizzo di questo teorema, secondo vorrebbe dire che per avere le due successione convergenti allo stesso limite dovrebbe essere \(\inf=\sup\))

Corollario: una successione monotona è convergente se e solo se è limitata.
Quindi \(a_n\) e \(b_n\) convergono.
Ora vogliamo dimostrare che convergono allo stesso limite.
Da qui non so come procedere :(

Se non la disturbo troppo vorrei chiederle se può aiutarmi a scrivere la dimostrazione in termini più rigorosi, tante grazie!!

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Massimo Gobbino
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Re: [Media aritmetico-geometrica] Successioni che convergono allo stesso limite

Post by Massimo Gobbino »

Beh, facciamo il punto della situazione.

Sappiamo che \(a_n\) è decrescente e limitata dal basso (ad esempio da \(b_1\)), dunque ammette un limite reale

\(a_n\to\ell\in\mathbb{R}\)

Analogamente, sappiamo che \(b_n\) è crescente e limitata dall'alto (ad esempio da \(a_1\)), dunque ammette un limite reale

\(b_n\to m\in\mathbb{R}\)

Volendo sappiamo anche che \(m\leq\ell\), ma noi vorremmo addirittura l'uguaglianza.
[+] Possibile_Idea
Perché non provare a passare al limite in una a caso delle due ricorrenze e vedere che succede?

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