This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.
1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
Soit ∣x∣<1 alors (1−xn)(1−xn+1)xn∼∣x∣n donc, par positivité et équivalence notre série est de même nature que celle de ∑∣x∣n. Ainsi n=1∑+∞(1−xn)(1−xn+1)xn converge absolument. Soit ∣x∣>1 alors (1−xn)(1−xn+1)xn∼∣x∣n+11 donc on a encore absolue convergence de la série. On en déduit que f est définie sur Df=R∖{−1,1}. Avant de poursuivre remarquons que ∀x=±1, f(x1)=n=1∑+∞(1−(1/x)n)(1−(1/x)n+1)(1/x)n=xf(x).Ainsi, si on montre la continuité de f sur ]−1,1[ on aura sa continuité en ∣x∣>1. Soit 0<δ<1 et x∈[−δ,δ] alors, par la première et la deuxième inégalité triangulaire, on a (1−xn)(1−xn+1)xn≤(1−δn)(1−δn+1)δn qui est le terme général d’une série convergente ne dépendant pas de x. On a donc convergence normale de f sur toute intervalle de la forme [−δ,δ] pour 0<δ<1 donc f est continue sur ]−1,1[ donc sur R∖{−1,1} grâce à l’équation fonctionnelle satisfaite par f.
Soit ∣x∣<1 on développe le dénominateur en utilisant deux fois la formule de la somme des termes d’une suite géométrique :1−u1=k=0∑+∞uk. f(x)=n=1∑+∞xnk=0∑+∞xknℓ=0∑+∞x(n+1)ℓ=n=1∑+∞k=0∑+∞ℓ=0∑+∞xn+nk+(n+1)ℓ.La famille (xn+nk+(n+1)ℓ)n∈N∗,(k,ℓ)∈N2 étant sommable on peut réordonner notre somme, i.e. sommer par paquets. On somme donc d’abord sur (k,ℓ)∈N2 puis sur n∈N∗: f(x)=(k,ℓ)∈N2∑+∞xℓn=1∑+∞x(1+k+ℓ)n=(k,ℓ)∈N2∑+∞xℓ1−x1+k+ℓx1+k+ℓpuis, en sommant par paquets obliques, i.e. posant le changement d’indice m=1+k+ℓ, f(x)=m=1∑+∞1−xmxmℓ=0∑m−1xℓ=m=1∑+∞1−xmxm1−x1−xm=1−x1m=1∑+∞xm=(1−x)2x2.
Soit ∣x∣>1 alors x1<1, donc f(x1)=x(1−1/x)21=(x−1)2x=xf(x). Donc ∀∣x∣>1,f(x)=(x−1)21.