Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Deux séries convergentes

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Notons Sn=k=0nuk\displaystyle S_n=\sum_{k=0}^n u_k et S=k=0+uk\displaystyle S=\sum_{k=0}^{+\infty} u_k. On considère les sommes partielles de (vn).(v_n).
k=0n1vk=k=1n1vk=k=1n1kuk+1k=1n1kuk=j=2n(j1)uju1k=2n1kuk=nunk=1nuk.\sum_{k=0}^{n-1}v_k=\sum_{k=1}^{n-1}v_k=\sum_{k=1}^{n-1}ku_{k+1}-\sum_{k=1}^{n-1}ku_k=\sum_{j=2}^{n}(j-1)u_j-u_1-\sum_{k=2}^{n-1}ku_k=nu_n-\sum_{k=1}^n u_k.On voit donc que vn\displaystyle\sum v_n converge si et seulement si nun0.nu_n\longrightarrow 0. Montrons-le. On a, par décroissance de (un),nN,(u_{n}),\forall n\in\mathbb{N},
SnSn/2=k=n/2+1nuk(nn2)un0.S_n-S_{\left\lfloor n/2\right\rfloor}=\sum_{k=\left\lfloor n/2\right\rfloor+1}^nu_k\geq \left(n-\left\lfloor \dfrac{n}{2}\right\rfloor\right)u_n\geq 0.Mais, grâce à l’inégalité n21n2n2\dfrac{n}{2}-1\leq \left\lfloor\dfrac{n}{2}\right\rfloor\leq \dfrac{n}{2} on a n2nn2n2+1\dfrac{n}{2}\leq n-\left\lfloor\dfrac{n}{2}\right\rfloor\leq \dfrac{n}{2}+1 si bien qu’en multipliant par 2n\dfrac{2}{n} et en passant à la limite on a nn2n2.n-\left\lfloor\dfrac{n}{2}\right\rfloor\sim \dfrac{n}{2}. Donc nun20\dfrac{nu_n}{2}\longrightarrow 0. La série de terme général vnv_n converge donc et sa somme vaut
n=0+vn=n=1+un=u0S.\sum_{n=0}^{+\infty}v_n=-\sum_{n=1}^{+\infty}u_n=u_0-S.

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