Séries numériques

\[ \newcommand \sh {\textrm{sh}} \newcommand \ch {\textrm{ch}} \renewcommand \th {\textrm{th}} \newcommand \R {\mathbb{R}} \newcommand \C {\mathbb{C}} \newcommand \K {\mathbb{K}} \newcommand \Q {\mathbb{Q}} \newcommand \N {\mathbb{N}} \newcommand \Z {\mathbb{Z}} \newcommand \M {\mathcal{M}} \renewcommand \L {\mathcal{L}} \newcommand \B {\mathcal{B}} \newcommand \Vect {\textrm{Vect}} \renewcommand \S {\mathcal{S}} \renewcommand \P {\mathcal{P}}\]

Séries numériques

Exercise 128

Soit \((u_n)\) telle que \(u_{n+1} = o(u_n)\). Montrer que \(\sum_{k \geq n} u_k \sim u_n\).

Exercise 129

Soit \((u_n)\) une suite de réels positifs et

\[\begin{equation*} v_n = \frac{u_n}{1+u_n} \end{equation*}\]

Montrer que les séries de terme général \(u_n\) et \(v_n\) sont de même nature.

Exercise 130

Soit \((u_n)\) une suite réelle telle que la série de terme général \((u_n)\) diverge. Montrer qu’il existe \((v_n)\) telle que \(v_n = o(u_n)\) et telle que la série de terme général \((v_n)\) diverge.

Exercise 131

Montrer qu’il existe \((u_n) \in \R^{\N}\) telle que pour tout \(\lambda \in \overline{\R}\), il existe \(\phi\) un réordonnement de \(\N\) (bijection de \(\N\) dans \(\N\)) tel que \(\sum \limits_{n=1}^{+ \infty} u_{\phi(n)} = \lambda\).

Exercise 132

Soit \( \sum u_n\) une série réelle convergente mais pas absolument convergente. Montrer que pour tout \(\lambda \in \bar{\R}\), il existe \(\sigma\) une bijection de \(\N\) dans \(\N\) telle que \(\sum_{\sigma(n)} \rightarrow \lambda\).

Exercise 133

Soit \(\sigma\) une permutation de \(\N\) dans \(\N\). Montrer que la série de terme général \((\frac{\sigma(n)}{n^2})\) diverge.

Exercise 134

Soit \((u_n)\) une suite réelle positive telle que la série de terme général \(u_n\) diverge. Soit \(\alpha > 0\). Étudier la nature de la série \(\frac{u_n}{U_n^{\alpha}}\).

Exercise 135

  1. Soit \(u_n\) une suite décroissante vers \(0\) telle que \(\sum u_n\) converge. Montrer que \(u_n = o(\frac{1}{n})\).

  2. Exhiber une suite réelle positive \(u_n\) telle que la série de terme général \(u_n\) converge mais telle que \(nu_n\) ne tende pas vers \(0\)

Exercise 136

Soit \(\frac{p_n}{q_n}\) convergeant vers un irrationnel. Montrer que \(p_n \rightarrow +\infty\) et \(q_n \rightarrow +\infty\).

Exercise 137

Soit \((z_n)\) une suite de complexe de partie réelle positive, et telle que les séries de terme général \(z_n\) et \(z_n^2\) (respectivement) convergent. Montrer que \(\sum |z_n|^2\) converge. Et si on abandonne l’hypothèse partie réelle positive ?

Exercise 138

  1. Équivalent de \(\ln(n!)\).

  2. Déterminer \(\lim_{a\to+\infty}\sum_{n=1}^{+\infty}\frac{a}{n^2+a^2}\).

  3. Série de Bertrand un cran plus loin \(\frac{1}{n \ln(n) \ln(\ln(n))^{\alpha}}\)

  4. \(u_n\) et \(v_n\) tg de séries réelles convergentes, \(w_n\) telle que \(u_n \leq w_n \leq v_n\). Montrer que \(w_n\) tg d’une série convergente (regarder d’abord \(w_n - u_n\)).

  5. Condition sur \(a\), \(b\) et \(c\) pour que la série de terme général \(u_n = a\sqrt{n} + b \sqrt{n-1} + c\sqrt{n-2}\) converge. Calculer sa limite dans ce cas.

  6. (voir Marc Sage) Soit \(\phi : \N \rightarrow \N\) injective, et \(\mu_n\) le ppcm de \(\phi(1)\), \(\phi(2)\), \ldots \(\phi(n)\). Montrer que la série de terme général \(\frac{1}{\mu_n}\) converge.

  7. Soit \(z_n\) une suite de complexe espacés d’au moins 1 deux à deux. Trouver \(\alpha\) tel que la série de terme général \(\frac{1}{n^\alpha z_n}\) converge absolument.

  8. Avec les sommes de Riemann : calculer la limite de la série de terme général \((-1)^n\frac{\ln(n)}{n}\)

  9. Soit \(f : \R^*_+ \rightarrow \R^*_+\) de classe \(C^1\) et telle que \(\frac{f'}{f}\) tende vers \(-\infty\) en \(+\infty\). Montrer ue la série de terme général \(f(n)\) converge et calculer un équivalent de \(R_n\) le reste.

  10. En utilisant Taylor-Lagrange sur \(x \mapsto \ln(1+x)\), calculer la limite de la série de terme général \(\frac{(-1)^n}{n}\) (c’est \(\ln(2)\)). Retrouver le même résultat en remarquant que \(\frac{1}{k} = \int_0^1 t^{k-1}dt\).

  11. Calculer \(\sum_{0}^{+\infty}kx^k\)