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(n + 1) α n α 0 0 ≤ vn+1 ≤ vn0. (n + 1) α n α 0 (n0 + 1) α Prenons maintenant α ∈]1, 3/2[. Par comparaison à une série de Riemann, la série de terme général (vn) converge. On vient donc de voir deux phénomènes très différents de ce qui peut se passer dans le cas limite de la règle de d'Alembert. Le second résultat est un cas particulier de ce que l'on appelle règle de Raabe-Duhamel. Exercice 8 - Un cran au dessus! - L2/Math Spé - ⋆⋆ 1. Il faut savoir que la suite des sommes partielles de la série harmonique est équivalente à ln n. On utilise ici seulement la minoration, qui se démontre très facilement par comparaison à une intégrale: 1 + 1 1 + · · · + 2 n ≥ n+1 dx = ln(n + 1). 1 x On peut obtenir une estimation précise du dénominateur également en faisant une comparaison à une intégrale. Le plus facile est toutefois d'utiliser la majoration brutale suivante: ln(n! ) = ln(1) + · · · + ln(n) ≤ n ln n. Il en résulte que un ≥ 1 n, et la série un est divergente. On majore sous l'intégrale. En utilisant sin x ≤ x, on obtient (on suppose n ≥ 2): 0 ≤ un ≤ La série un est convergente.
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Ceci étant dit. Que fait le bon étudiant s'il veut quand même résoudre au mieux l'exercice ou avancer dans son sujet pour grappiller des points: il ouvre son bouquin (ou sa mémoire) et cherche s'il n'a pas un théorème à disposition. Ah! Excellente nouvelle, notre bouquin qui respecte parfaitement le programme de prépa/L1-L2 contient la règle de d'Alembert, la règle de Raabe-Duhamel ET la règle de Gauss pour les séries où on a des informations sur $\dfrac{u_{n+1}}{u_n}$. Essayons donc de les utiliser (cherche-les dans ton bouquin, et aie-les sous les yeux). Remarque: tu verras dans ce que je vais raconter que cet exercice est excellent pédagogiquement parce qu'il va nous forcer à utiliser (donc nous permettre de comprendre comment utiliser, et de retenir!!! ) les trois et, en passant, permettre à ceux qui sont attentifs de voir le lien entre elles. La première est la règle de d'Alembert. Il faut regarder la limite $L$ de $\dfrac{u_{n+1}}{u_n}$. Ici, $\dfrac{u_{n+1}}{u_n}=1-\dfrac{1}{n+a+1}\longrightarrow 1$.
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Exercices - Séries numériques - étude pratique: corrigé Exercice 6 - Cas limite de la règle de d'Alembert - L2/Math Spé - ⋆ 1. Cette série est bien adaptée à l'utilisation du critère de d'Alembert. On calcule donc un+1 un = an+1 (n + 1)! nn × (n + 1) n+1 ann! = a 1 + 1 −n n = a exp −n ln 1 + 1 n 1 1 = a exp −n × + o. n n On obtient donc que un+1/un converge vers a/e. Par application de la règle de d'Alembert, si a > e, la série est divergente. Si a < e, la série est convergente. Le cas a = e est un cas limite où le théorème de d'Alembert ne permet pas de conclure directement. 2. On pousse un peu plus loin le développement précédent. On obtient un+1 un = 1 1 1 e exp −n − + o n 2n2 n2 = e exp −1 + 1 = 1 + o 2n n 1 + 1 1 + o. 2n n En particulier, pour n assez grand, un+1 un ≥ 1, et donc la suite (un) est croissante. Elle ne converge donc pas vers zéro, et la série n un est divergente. Exercice 7 - Cas limite de la règle de d'Alembert - L2/Math Spé - ⋆⋆ 1.
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Enoncé Soit, pour tout entier $n\geq 1$, $\dis u_n=\frac{1\times 3\times 5\times\dots\times (2n-1)}{2\times 4\times6\times\dots\times(2n)}$. Quelle est la limite de $u_{n+1}/u_n$? Montrer que la suite $(nu_n)$ est croissante. En déduire que la série de terme général $u_n$ est divergente. Soit, pour tout entier $n\geq 2$, $\dis v_n=\frac{1\times 3\times 5\times\dots\times (2n-3)}{2\times 4\times6\times\dots\times(2n)}$. Quelle est la limite de $v_{n+1}/v_n$? Montrer que, si $1<\alpha<3/2$, on a $(n+1)^\alpha v_{n+1}\leq n^\alpha v_n$. En déduire que la série de terme général $v_n$ converge. \displaystyle\mathbf 1. \ u_n=\frac{1+\frac{1}{2}+\dots+\frac{1}{n}}{\ln(n! )}&& \displaystyle\mathbf 2. \ u_n=\int_0^{\pi/n}\frac{\sin^3 x}{1+x}dx\\ \displaystyle\mathbf 3. \ u_1\in\mathbb R, \ u_{n+1}=e^{-u_n}/n^\alpha, \alpha\in\mathbb R. Enoncé Soit $(p_k)_{k\geq 1}$ la suite ordonnée des nombres premiers. Le but de l'exercice est d'étudier la divergence de la série $\sum_{k\geq 1}\frac{1}{p_k}$.
Exercices - Séries numériques - étude pratique: corrigé Convergence de séries à termes positifs Exercice 1 - Quelques convergences - L2/Math Spé - ⋆ 1. On a limn→∞ n sin(1/n) = 1, et la série est grossièrement divergente. 2. Par croissance comparée, on a limn→∞ un = +∞, et la série est grossièrement divergente. On pouvait aussi appliquer le critère de d'Alembert. 3. On a: Il résulte de lim∞ n 2 un = exp 2 ln n − √ n ln 2 = exp − √ ln n n ln 2 − 2 √. n ln n √ n = 0 que lim n→∞ n2un = 0, et par comparaison à une série de Riemann, la série est convergente. 4. Puisque ln(1 + x) ∼0 x, on obtient et la série est donc divergente. un ∼+∞ 5. En utilisant le développement limité du cosinus, ou l'équivalent 1 − cos x ∼0 x2 2, on voit que: et la série est convergente. un ∼+∞ 1 n, π2, 2n2 6. On a (−1) n + n ∼+∞ n et n 2 + 1 ∼+∞ n 2, et donc (−1) n + n n 2 + 1 ∼+∞ Par comparaison à une série de Riemann, la série n un est divergente.
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