Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Sequence and seriesUnreviewed

Séries de même nature ?

by FiniteField·
30
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  1. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research levelNiveau recherche
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Français

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Soit (an)n0(R+)N.(a_n)_{n\geq 0}\in{(\mathbb{R}^+)}^\mathbb{N}. On pose, pour nN,bn=an1+an.n\in\mathbb{N},b_n=\dfrac{a_n}{1+a_n}. Comparer la nature des séries de terme général ana_n et bn.b_n.

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References

  1. Oral de la filière MP tombé en 2007
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Solution by FiniteField

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Solution en vidéo : https://youtu.be/Rc8wSV9U-CU

On commence par remarquer que, par positivité de (an),nN,0bnan(a_n),\forall n\in\mathbb{N}, 0\leq b_n\leq a_n. Par conséquent,

  • Si an\displaystyle\sum a_n converge alors bn\displaystyle\sum b_n converge par comparaison.
  • Si bn\displaystyle\sum b_n diverge alors an\displaystyle\sum a_n diverge également par minoration.
    Il nous reste à traiter le cas où bn\displaystyle\sum b_n converge et celui où an\sum a_n diverge. Supposons que bn\displaystyle\sum b_n converge alors bnn+0b_n\underset{n\rightarrow+\infty}{\longrightarrow} 0 mais puisque an=bn1bna_n=\dfrac{b_n}{1-b_n} (on a nN,bn<1\forall n\in\mathbb{N}, b_n<1) alors anbn.a_n\sim b_n. Deux séries à termes positifs de termes généraux équivalents étant de même nature on en déduit que an\displaystyle\sum a_n converge. Enfin, supposons que an\displaystyle\sum a_n diverge et distinguons deux cas :
  • Si ann+0a_n\underset{n\rightarrow+\infty}{\longrightarrow} 0 alors bnanb_n\sim a_n donc, bn\displaystyle\sum b_n diverge également.
  • Sinon (an)(a_n) ne tend pas vers 00 mais alors (bn)(b_n) ne tend pas non plus vers 00 (car la convergence vers 00 de (bn)(b_n) entraîne celle de (an)(a_n)). Donc bn\displaystyle\sum b_n diverge grossièrement.
    On a traité tous les cas et on peut conclure que an\displaystyle\sum a_n et bn\displaystyle\sum b_n sont de même nature quoiqu’il arrive.
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