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Une suite à borner dans [0;1]

Posté par
charmuzelle
04-09-08 à 19:33

Bonjour

Je cherche à prouver que tous les termes de la suite

un=\sum_{k=1}^n\frac{1}{k}+ln(n) sont compris dans l'intervalle [0;1]

Avez-vous une idée ?

Récurrence ? - Je n'arrive pas à passer de ln(n) à ln(n+1) et à gérer les termes qui s'ajoutent à la somme.

Développer ln(n) à l'aide d'une formule de Taylor ? Je n'aboutis pas.

Je n'arrive pas à minorer ln(n). Et je ne sais pas si la somme est exprimable ou bornable en fonction de n par une formule sans somme.

Avez-vous des idées ?

Merci !!

Posté par
charmuzelle
re : Une suite à borner dans [0;1] 04-09-08 à 19:34

Désolée, j'ai fait une erreur dans la formule : c'est la somme - ln(n), pas +.

Dans la question suivante, on veut prouver que la suite est croissante.

Posté par
Nightmare
re : Une suite à borner dans [0;1] 04-09-08 à 20:10

Salut

Comparaison suite - intégrale, toujours

Posté par
Matouille2b
re : Une suite à borner dans [0;1] 04-09-08 à 23:08

Bonsoir

On pose f(x) = \frac{1}{x} de sorte que F(x)=\ln(x) soit une primitive de f

On pose
a_n=\bigsum_{k=1}^n f(k) - F(n) et b_n=\bigsum_{k=1}^{n-1} f(k) - F(n)

On a a_n-b_n=f(n) \rightarrow_{n \rightarrow +\infty} 0

a_{n+1}-a_n = f(n+1)-(F(n+1)-F(n)) = f(n+1)-\bigint_n^{n+1} f(t)dt \leq 0 (car f décroissante sur [n;n+1]

De meme
b_{n+1}-b_n \geq 0

Donc les suites (a_n) et (b_n) sont adjacente
On note \gamma leur limite commune (appelée constante d'Euler)

Et a_n=\gamma +o(1) i.e \bigsum_{k=1}^n \frac{1}{k} - \ln(n)=\gamma +o(1)

Posté par
charmuzelle
re : Une suite à borner dans [0;1] 05-09-08 à 03:47

Bonjour. Merci pour vos réponses ! Comme mes révisions son encore incomplètes (mais quand seront-elles complètes  ?), j'avoue que je ne saisis pas l'histoire de la comparaison suite-intégrale.

Pour le signe de an+1-an, j'avoue que ça ne me saute pas aux yeux... mais en interprétant l'intégrale sous forme d'aire entre l'axe des abscisses et la courbe d'une fonction continue positive sur une "largeur" de 1, je comprends pourquoi l'intégrale est supérieure à f(n+1).

La an, c'est ma un ??

On a a1 = 1, an décroissante, donc pour tout n supérieur ou égal à 1, an soit un inférieur ou égal à 1.

bn est définie à partir de n=2. Elle est croissante. b2 = 1 - ln(2) = ln(e) - ln(2) = ln(e/2) et comme e>2, e/2 > 1 donc b2>0 ainsi que tous les bn.

un est donc une suite décroissante de 1er terme 1, qui converge vers une limite strictement supérieure à 0.

C'est pourquoi tous les termes de un sont compris dans l'intervalle ]0;1]

un converge soit par adjacence de an et bn, soit parce qu'elle est décroissante et minorée.

Ai-je compris correctement ? Quelle partie du programme de prépa dois-je réviser pour trouver ce genre de raisonnement ?

Merci en tout cas, j'ai de la chance d'avoir des correspondants calés

Posté par
charmuzelle
re : Une suite à borner dans [0;1] 05-09-08 à 03:49

Ce qui me semble étrange, c'est qu'on ne demande de prouver la monotonie puis la convergence de un qu'aux questions suivantes...

Posté par
charmuzelle
re : Une suite à borner dans [0;1] 07-09-08 à 10:46

Bonjour

Ayant un peu médité sur la question (le truc de la comparaison série/intégrale m'est un peu revenu...), j'ai pensé à ceci pour minorer la suite :

la fonction inverse étant décroissante sur ] 0 ; + \infty [,

Pour tout n \ge1, on a

\int_1^n\frac{1}{t}dt\le\sum_{k=1}^n\frac{1}{k}

Comme \int_1^n\frac{1}{t}dt=ln(n)

on a, pour tout n \ge1, u_n\ge ln(n)-ln(n) soit 0

Par contre, pour la majorer, je ne peux pas utiliser l'intégrale de 1/(t-1), puisque cette fonction n'est pas définie en 1.

Je prends donc le parti de prouver que un, de premier terme 1, est décroissante.

Et pour cela, je vais essayer l'idée de Matouille2b.

Merci encore et à bientôt.

Posté par
charmuzelle
re : Une suite à borner dans [0;1] 07-09-08 à 10:53

Voilà, je reprends la démo de Matouille pour la décroissance de (an), on obtient que (un) est strictement décroissante et bornée dans [0;1], donc elle converge vers une limite \gamma comprise dans cet intervalle, et même dans ]0;1[ en ajoutant quelques précisions.



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