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Does there exist a bijective map σ:N∗→N∗ such that
n=1∑∞n2σ(n)<∞?
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On considère S2n−Sn=k=n+1∑2nk2σ(k)≥(2n)21k=n+1∑2nσ(k). Mais une somme de n entiers distincts est minorée par k=1∑nk=2n(n+1). Ainsi,
S2n−Sn≥8nn+1≥81.La série ne peut donc pas converger car alors la différence S2n−Sn tendrait vers 0.
La suite (1/n2)n est décroissante tandis que la suite (n)n est croissante. Par l’inégalité de réarrangement, on a
k=1∑nσ(k)/k2≥k=1∑nk/k2=k=1∑n1/k.La suite étant minorée par la série harmonique, elle ne converge pas.