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1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
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Soit (un)∈(R+)N décroissante. On suppose que la série de terme général un est convergente. Si n∈N, on pose vn=n(un+1−un). Montrer que la série de terme général vn est convergente. Exprimer sa somme en fonction de celle de un.
Notons Sn=k=0∑nuk et S=k=0∑+∞uk. On considère les sommes partielles de (vn). k=0∑n−1vk=k=1∑n−1vk=k=1∑n−1kuk+1−k=1∑n−1kuk=j=2∑n(j−1)uj−u1−k=2∑n−1kuk=nun−k=1∑nuk.On voit donc que ∑vn converge si et seulement si nun⟶0. Montrons-le. On a, par décroissance de (un),∀n∈N, Sn−S⌊n/2⌋=k=⌊n/2⌋+1∑nuk≥(n−⌊2n⌋)un≥0.Mais, grâce à l’inégalité 2n−1≤⌊2n⌋≤2n on a 2n≤n−⌊2n⌋≤2n+1 si bien qu’en multipliant par n2 et en passant à la limite on a n−⌊2n⌋∼2n. Donc 2nun⟶0. La série de terme général vn converge donc et sa somme vaut n=0∑+∞vn=−n=1∑+∞un=u0−S.