![icone-math-OS-Exos](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/icone-Math-OS-Exos-205x205.png)
![exercice 1 facile](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv1-1-small.png)
Pour tout couple de réels :
Cette inégalité n’est qu’une reformulation de la relation
En remplaçant et
par
et
respectivement, on voit que, pour tout
:
Comme la série est convergente et vu que la série
converge par hypothèse, on conclut dans un premier temps que la série
converge, puis (avec le principe de comparaison) que la série
est absolument convergente (donc convergente).
Plus généralement (et par le même argument ) : si les séries et
convergent, alors la série
est absolument convergente.
Ceci permet de définir un produit scalaire sur l’espace vectoriel des suites réelles de carré sommable, traditionnellement noté Il suffit de poser, pour tout
:
On peut montrer, en outre, que est un espace de Hilbert (c’est-à-dire qu’il est complet pour la norme induite par ce produit scalaire).
![exercice 2 facile](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv1-2-small.png)
En supposant que la série converge, il suffit de voir que :
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant0}\frac{a_{n}}{1+a_{n}}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-addd51a09cead996c50a89cf610bc562_l3.png)
On peut aussi invoquer la règle des équivalents puisque, vu que (condition nécessaire de convergence), on a :
Réciproquement, supposons la convergence de la série En posant, pour tout
:
![Rendered by QuickLaTeX.com b_{n}\neq1](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d0c5a6e5b72054859b0a4bb8dc1e11b8_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \lim_{n\rightarrow\infty}b_{n}=0}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-29942941446c6ca065dc4bdcb1c3ecb7_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com a_{n}\sim b_{n}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b8e4c63d4502ae584fa9ec69f9ed2731_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant0}a_{n}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-805657de8ea5f32e3b0766559b9a2b22_l3.png)
![exercice 3 facile](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv1-3-small.png)
C’est VRAI. En effet, pour tout :
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant0}\left(c_{n}-a_{n}\right)}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-dc412599b7afdfc605c3fc7e47e337e7_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant0}\left(b_{n}-a_{n}\right)}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-cc2212f076845d275376e6f74dd7eee2_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant0}a_{n}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-805657de8ea5f32e3b0766559b9a2b22_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant0}b_{n}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-64d21b76972837fcec7458a087a972d2_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant0}\left(b_{n}-a_{n}\right)}.](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-9fb6b5127300a3f23b76eba9ed451887_l3.png)
![](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv2-4-small.png)
Pour tout couple de réels strictement positifs :
En appliquant ceci au couple il vient :
![Rendered by QuickLaTeX.com n](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a44d662e2fcd865f31268b1147c8a4be_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com n\geqslant1619](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0f8873f44a1286e585f0696c67edc05f_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com e^{e^{2}}\simeq1618,2](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-bb2f4e362c29f280533a6b325a04ba54_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com 10^{-1}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d750773c8162b8426f3721cb6a883090_l3.png)
Finalement, d’après le principe de comparaison, la série proposée converge.
![](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv2-5-small.png)
Posons, pour tout :
Il suffit alors de voir que :
Ainsi, la série la série converge et admet pour somme :
![](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv2-6-small.png)
Dans l’exercice précédent, on a obtenu une formule intégrale pour le reste :
Autrement dit, pour tout :
![Rendered by QuickLaTeX.com S_{n}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ef035c7dedc2071bb949b88243ebcc95_l3.png)
défaut) de
![Rendered by QuickLaTeX.com \ln\left(2\right)](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-fa5e42a71d1840dfef6a943b24bd39e0_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com 10^{-7}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5a9b14fd08677640703182cc8af25f18_l3.png)
Avec Python, on peut écrire une fonction qui renvoie le plus petit entier naturel vérifiant ce type de condition :
def seuil(p): n = 0 while ((n+1) * 2**n < 10**p): n += 1 return n
On obtient ainsi :
>>> seuil(7) 19
Ensuite, il nous faut une fonction qui calcule la somme partielle pour un entier
donné. On peut utiliser le module fractions pour calculer les sommes partielles de manière exacte :
from fractions import Fraction def sommePartielle(n): s = Fraction() for k in range (1,n+1): s += Fraction(1, k * 2**k) return s
Et voici le résultat :
>>> sommePartielle(19) Fraction(10574855234543, 15256293212160)
qu’on peut d’ailleurs vérifier (le symbole _ fait référence au résultat précédemment calculé par l’interpréteur Python) :
>>> log(2) - _ 9.119263222334695e-08
Tout ceci montre que le rationnel
![Rendered by QuickLaTeX.com 10^{-7}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5a9b14fd08677640703182cc8af25f18_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com \ln\left(2\right)](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-fa5e42a71d1840dfef6a943b24bd39e0_l3.png)
Et si l’on veut on écriture décimale approchée :
>>> float(sommePartielle(19)) 0.6931470893673131
d’où finalement :
![](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv2-7-small.png)
Supposons et soit
Alors pour
convenable et tout
:
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant1}\,a_{n}.}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-314c253de40ab24dcd38ef8773afe65d_l3.png)
Si , alors à partir d’un certain rang :
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant1}\,a_{n}.}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-314c253de40ab24dcd38ef8773afe65d_l3.png)
En revanche, on ne peut rien dire si En effet (dans ce qui suit, on suppose connues les séries de Bertrand) en choisissant :
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant2}a_{n}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e1b278e21aa6e72668383a79a441123c_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant2}a_{n}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e1b278e21aa6e72668383a79a441123c_l3.png)
![](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv3-8-small.png)
Une version plus simple de cet exercice consiste à calculer explicitement :
Si vous connaissez le développement en série entière de la fonction cosinus hyperbolique, alors tout est dit :
Mais on peut totalement se passer de cela et c’est même mieux, si l’on veut comprendre ce qui se passe. L’idée est d’ajouter membre à membre les égalités :
la série des termes d’indice pair, d’où le résultat.
Le fait que soit un nombre dont la suite des puissances est de période 2 joue ici un rôle crucial. Il est donc naturel de chercher un nombre dont la suite des puissances serait de période 3.
Eh bien justement, nous connaissons un tel nombre ! Il s’agit de :
Au membre de droite, on obtient le nombre complexe :
![Rendered by QuickLaTeX.com n\in\mathbb{N}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-40c78fca23fcd2c6858fe61d5e522aaa_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com 1+j+j^{2}=0](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2ff85dcd360a54c4a934fa67a96c1f46_l3.png)
Ainsi :
On peut améliorer un peu la forme du résultat. En effet :
![Rendered by QuickLaTeX.com j^{2}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-07fdc4adc7879a530c7fa3f69f9d9508_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com j](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d638b573890850fad00c3922c9ca12cb_l3.png)
![exercice 9 difficile](https://math-os.com/wp-content/uploads/2017/08/TitreExo-Niv3-9-small.png)
Il est clair que pour tout
On peut donc considérer l’application :
Il s’agit d’une involution (c’est-à-dire que et son graphe présente donc une symétrie par rapport à la droite
d’équation
Par ailleurs, est dérivable sur
et pour tout
dans cet intervalle :
ce qui montre que
![Rendered by QuickLaTeX.com f_{n}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a0c2018fc87eb49f20d54b4ee782cfa5_l3.png)
![](https://math-os.com/wp-content/uploads/2019/07/exo-series-I-9.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com f_n](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2fb538a0a3af3bf231985dfeda8b423c_l3.png)
L’abscisse du point d’intersection entre le graphe de et
est :
![Rendered by QuickLaTeX.com u_{n}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-61d794638120c1f74f2fb1f6e42e32d7_l3.png)
est l’aire du carré bleu
est l’aire de chacune des régions vertes
de sorte que, pour tout :
➤ Montrons maintenant la convergence de chacune des séries
D’une part :
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant1}a_{n}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-8a0acad2d14bfb7bb1b1f3df2d1bc69e_l3.png)
D’autre part :
Mais :
et :
donc :
ce qui prouve que la série
![Rendered by QuickLaTeX.com {\displaystyle \sum_{n\geqslant1}\,b_{n}}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-17a4be16df9cb8a360013b85bf175de1_l3.png)
Finalement, la série converge.
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