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$3$ secuencias convergentes con el mismo límite de

Una vez más, un problema de un GM rumano 2013.

Que $(x_n)_{n\geq0}, (y_n)_{n\geq0}, (z_n)_{n\geq0}$ tres secuencias de números verdaderos positivos. Para cada natural $n$ tenemos $$x_{n+1}\leq\frac{x_n+y_n+z_n}{3}$ $ $$y_{n+1}\leq\frac{x_ny_n+y_nz_n+z_nx_n}{x_n+y_n+z_n}$ $ $$z_{n+1}\leq\frac{3x_ny_nz_n}{x_ny_n+y_nz_n+z_nx_n}$ $ demostrar que todas las tres secuencias son convergentes y tienen el mismo límite.

Din't podido ver mucho en este problema. Es fácil ver que $$\frac{x_n+y_n+z_n}{3}\geq\frac{x_ny_n+y_nz_n+z_nx_n}{x_n+y_n+z_n}\geq\frac{3x_ny_nz_n}{x_ny_n+y_nz_n+z_nx_n}$$ and using this we obtain that $% $ $(x_n+y_n+z_n)_{n\geq0}, (x_ny_n+y_nz_n+z_nx_n)_{n\geq0}, (x_ny_nz_n)_{n\geq0}$son todo descenso, por lo tanto convergente.

¿Cómo debo solucionar este problema?

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user15381 Puntos 32

Como ya se señaló en el OP, cada una de las secuencias de $(u_n=x_n+y_n+z_n),(v_n=x_ny_n+x_nz_n+y_nz_n)$ $(w_n=x_ny_nz_n)$ es decreciente y positiva, y de manera convergente ; indicar los límites de la $u,v$ $w$ respectivamente.

Deje $a_n$ ser el mayor valor en $\lbrace x_n,y_n,z_n \rbrace$, $b_n$ el segundo más grande y el $c_n$ el más bajo. Entonces

$$ \begin{array}{l} u_n=a_n+b_n+c_n=x_n+y_n+z_n, \\ v_n=a_nb_n+a_nc_n+b_nc_n=x_ny_n+x_nz_n+y_nz_n, \\ w_n=a_nb_nc_n=x_ny_nz_n \\ \end{array}\etiqueta{1} $$

y tenemos para $n\geq 2$,

$$ \begin{array}{l} x_{n} \leq \frac{u_{n-1}}{3}=\frac{a_{n-1}+b_{n-1}+c_{n-1}}{3} \leq a_{n-1} \\ y_{n} \leq \frac{v_{n-1}}{u_{n-1}}=\frac{a_{n-1}b_{n-1}+a_{n-1}c_{n-1}+b_{n-1}c_{n-1}}{a_{n-1}+b_{n-1}+c_{n-1}} \leq a_{n-1} \\ z_{n} \leq \frac{3w_{n-1}}{v_{n-1}}=\frac{3a_{n-1}b_{n-1}c_{n-1}}{a_{n-1}b_{n-1}+a_{n-1}c_{n-1}+b_{n-1}c_{n-1}} \leq a_{n-1} \\ \end{array}\etiqueta{2} $$

De ello se desprende que $a_n \leq a_{n-1}$, lo $(a_n)$ es nonincreasing y no negativo, por lo que converge. Si denotamos por a $a\geq b \geq c$ las raíces de $P=T^3-uT^2+vT-w$, en orden decreciente, el límite de $a_n$ sólo puede ser $a$. Siguiente, observe que $b_n+c_n=u_n-a_n$ y $b_nc_n=\frac{w_n}{a_n}$, por lo que el $b_n=\frac{u_n-a_n+\sqrt{(u_n-a_n)^2-4\frac{w_n}{a_n}}}{2}$ converge a $\frac{u-a+\sqrt{(u-a)^2-4\frac{w}{a}}}{2}=b$, y de manera similar a $(c_n)$ converge a $c$.

A partir de (2) se deduce que $x_n$, $y_n$, y $z_n$ todos los $\leq \frac{a_{n-1}+b_{n-1}+c_{n-1}}{3}$, lo $a_n \leq \frac{a_{n-1}+b_{n-1}+c_{n-1}}{3} \leq a_{n-1}$. Pasando al límite, podemos ver que $a\leq \frac{a+b+c}{3} \leq a$, de donde $a=b=c$.

Por último, desde el $c_n \leq x_n \leq a_n$, $(x_n)$ converge al mismo límite. Lo mismo para $y_n,z_n$.

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