Ivan Shishkin, Birch Grove

Sommation des relations de comparaison des séries divergentes

Theorem / Real analysis /

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Français

Théorème (cas divergent)
Soit (un)(u_{n}) et (vn)(v_{n}) deux suites réelles positives à partir d’un certain rang telle que telles ∑vn\displaystyle \sum\limits v_{n} diverge.

  • Si un∼vnu_{n}\sim v_{n} alors ∑k=0nuk∼∑k=0nvk\displaystyle\sum_{k=0}^{n}u_{k}\sim\sum_{k=0}^{n}v_{k}
  • Si un=o(vn)u_{n}=o(v_{n}) alors ∑k=0nuk=o(∑k=0nvk)\displaystyle\sum_{k=0}^{n}u_{k}=o\left(\sum_{k=0}^{n}v_{k}\right)
  • Si un=O(vn)u_{n}=O(v_{n}) alors ∑k=0nuk=O(∑k=0nvk).\displaystyle\sum_{k=0}^{n}u_{k}=O\left(\sum_{k=0}^{n}v_{k}\right).

Exemple 1 (théorème de Césaro) :
Si (un)(u_{n}) converge vers une limite ℓ\ell finie alors un=ℓ+o(1)u_{n}=\ell+o(1). La série de terme général vn=1v_{n}=1 diverge donc ∑k=0n−1(uk−ℓ)=o(∑k=0n−11)=o(n)\displaystyle\sum_{k=0}^{n-1}(u_{k}-\ell)=o\left(\sum_{k=0}^{n-1}1\right)=o(n) ce qui prouve que
1n∑k=0n−1uk⟶n→+∞ℓ.\dfrac{1}{n}\sum_{k=0}^{n-1}u_{k}\underset{n\rightarrow+\infty}{\longrightarrow}\ell.

Exemple 2
La suite de terme général un=sin⁡(1n)u_{n}=\sin\left(\dfrac1n\right) diverge car un∼1nu_{n}\sim \dfrac1n et en sommant les relations de comparaison on a
∑k=1nuk∼∑k=1n1k∼ln⁡(n).\sum_{k=1}^{n}u_{k}\sim\sum_{k=1}^{n}\dfrac1k\sim \ln(n).Théorème (cas convergent)
Soit (un)(u_{n}) et (vn)(v_{n}) deux suites réelles positives à partir d’un certain rang telle que telles ∑vn\displaystyle \sum\limits v_{n} converge.

  • Si un∼vnu_{n}\sim v_{n} alors ∑k=n+1+∞uk∼∑k=n+1+∞vk\displaystyle\sum_{k=n+1}^{+\infty}u_{k}\sim\sum_{k=n+1}^{+\infty}v_{k}
  • Si un=o(vn)u_{n}=o(v_{n}) alors ∑k=n+1+∞uk=o(∑k=n+1+∞vk)\displaystyle\sum_{k=n+1}^{+\infty}u_{k}=o\left(\sum_{k=n+1}^{+\infty}v_{k}\right)
  • Si un=O(vn)u_{n}=O(v_{n}) alors ∑k=n+1+∞uk=O(∑k=n+1+∞vk)\displaystyle\sum_{k=n+1}^{+\infty}u_{k}=O\left(\sum_{k=n+1}^{+\infty}v_{k}\right).
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