Soit (xn)n⩾0 une suite, et 0⩽n0<n1<n2<… une suite d’entiers, strictement croissante. Si on pose bk:=xnk, la suite (bk)k⩾0 est appelée sous-suite de (xn)n⩾0.
Une sous-suite s’obtient donc à partir de (xn)n⩾0 en ne gardant que certains termes, et en ignorant tous ceux dont l’indice est entre deux entiers consécutifs de la suite (nk)k⩾0:
En choisissant les entiers nk et en considérant (xnk)k, on dit qu’on a extrait une sous-suite de (xn)n.
Exemple 3.42.
Considérons la suite (xn)n⩾0 définie par xn=sin(n4π). On comprend cette suite en plaçant l’angle n4π sur le cercle trigonométrique et en regardant son sinus évoluer sur l’axe Oy. Ses premiers termes, en partant de n=0, sont 0,22,1,22,0,−22,−1,−22,0.
Si on considère les indices pairs, à savoir nk=2k,
alors (xnk)k⩾0 est la suite 0,1,0,−1,0,1,0,−1,…
Si on considère les entiers multiples de 4, nk=4k,
alors (xnk)k⩾0 est une suite constante puisque xnk=x4k=sin(kπ)=0 pour tout k.
Ces deux exemples ont proposé des sous-suites le long desquelles on observait une certaine régularité, mais on peut considérer des sous-suites arbitraires, par exemple celle obtenue en prenant nk=k2+[k], pour lesquelles on n’observe en général aucune régularité particulière.
Définition 3.9.
Soit (xn) une suite. Un réel a∈R est appelé point d’accumulation de(xn) si il existe une sous-suite (xnk)k telle que k→+∞limxnk=a.
On notera parfois A l’ensemble des points d’accumulation d’une suite donnée (xn).
Exemple 3.43.
La suite xn=(−1)n possède les points d’accumulation
a=+1 puisque x2n→+1,
a=−1 puisque x2n+1→−1.
Remarquons qu’il n’y a pas d’autres points d’accumulation: A={−1,+1}.
Exemple 3.44.
Dans l’exemple vu plus haut, xn=sin(n4π), on a les points d’accumulation suivants:
a=0, puisque x4n=0→0,
a=22, puisque x8n+1=22→22,
a=−22, puisque x8n−1=−22→−22,
a=1, puisque x8n+2=1→1,
a=−1, puisque x8n−2=−1→−1 .
Ici, A={−1,22,0,+22,1}.
Exemple 3.45.
La suite xn=2n ne possède aucun point d’accumulation, puisque toutes ses sous-suites tendent vers l’infini. Donc A=∅.