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comparaison série intégrale

Posté par
mathmusic
25-08-25 à 18:04

Bonjour ,
Je m'entrainais sur un exo portant sur la comparaison série intégrale dont je vous met l'énoncé
Ma question porte sur le cas béta > 1 ( selon moi nous avons le même équivalent ) or dans la correction ( de chatgpt), on me dit que c'est pas le cas et que c'est une constante finie ? N'est ce pas aussi le cas pour le cas 0< béta< 1 ?
Cela m'intrigue .
Je vous met également ma résolution du problème ci joins
Merci d'avance ,


Bonne journée

Posté par
mathmusic
re : comparaison série intégrale 25-08-25 à 18:05

Voici l'ennoncé et une partie de mon raisonnement

comparaison série intégrale

comparaison série intégrale

Posté par
mathmusic
re : comparaison série intégrale 25-08-25 à 18:06

raisonnement suite

comparaison série intégrale

Posté par
carpediem
re : comparaison série intégrale 25-08-25 à 19:38

salut

tu devrais relire le mode d'emploi : toutes ces images sont interdites telles quelles ...

je ne comprends pas ces + 2 ...

je t'invite à faire un graphique avec ggb

vu la décroissance de f on a simplement :  \int_1^n f(t)dt \le T_n \le \int_1^{n + 1} f(t)dt

Posté par
mathmusic
re : comparaison série intégrale 25-08-25 à 19:51

Ah je pensais que c'était autorisé pour partagé mes résultats .
Je dois apprendre à écrire en ggb alors désolé encore !
J'ai pris k+2  au lieu de k+1 et k+1 au lieu de k d'où le +2

Posté par
Rintaro
re : comparaison série intégrale 25-08-25 à 20:36

Bonsoir mathmusic, je crois qu'il n'y a pas de problème quand tu partages ce que tu tentes, mais l'énoncé doit être écrit à la main pour le référencement. Peux-tu écrire ton énoncé complet (en le tapant à la main) à la suite de mon message ? Merci

Posté par
mathmusic
re : comparaison série intégrale 25-08-25 à 21:19

Yes , pas de problème !

Soit B >= 0. On définit la suite :
\[
 \\ T_n = \sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k^{\beta} + 1}
 \\ 
 \\

1. Montrer que la fonction f(x) = 1/x^B + 1 est décroissante sur ]1, + inf] pour B > 0
2.En utilisant une comparaison avec une intégrale, déterminer un équivalent de Tn lorsque n -> + inf , selon la valeur de B.

Posté par
MattZolotarev
re : comparaison série intégrale 26-08-25 à 18:41

Bonjour mathmusic,

Il faut être prudent avec l'utilisation des équivalents. Par exemple, pour \beta=2 :
\dfrac{1}{x^2}\sim \dfrac{1}{x^2+1}

Pourtant, un calcul explicite des intégrales permet de conclure que

\int_1^x\dfrac{1}{t^2}dt\sim\int_1^x \dfrac{1}{t^2+1}dt

est faux. La première integrale tend vers 1 et la deuxième vers pi/2..

Posté par
MattZolotarev
re : comparaison série intégrale 26-08-25 à 18:44

Pi/4 *

Posté par
MattZolotarev
re : comparaison série intégrale 26-08-25 à 22:33

Vu la forme, j'ai le sentiment que cet exercice vient de ChatGPT ? Est-ce le cas ?

Ceci me chagrine : si \beta>1, la série est convergente. Déterminer un equivalent revient alors à déterminer la limite. Et ceci me paraît bien difficile.

Posté par
carpediem
re : comparaison série intégrale 27-08-25 à 12:51

il ne doit pas y avoir de 2 !!

en posant I_n = \int_1^n f(t)dt il faut comparer T_n $ et $ I_m avec m variant entre n - 1 et n + 1 et avec des constantes éventuelles (du genre f(1) ou f(n) ou f(n + 1) ...) pour obtenir quelque chose comme

I_p + k_1 \le Tn \le I_q + k_2

ensuite alors calculer ces intégrales (le plus dur) et ensuite déterminer un équivalent ...

Posté par
MattZolotarev
re : comparaison série intégrale 27-08-25 à 18:57

Bon. Il faut que cette affaire avance ! Haha

On \beta=0, on a directement : \forall n\in\mathbb{n},\ T_n=\dfrac{n}{2}.
Dans la suite, je suppose \beta >0.

On montre facilement que la fonction f:t\longmapsto \dfrac{1}{t^{\beta}+1} est strictement décroissante sur [1,+\infty[ en étudiant par exemple sa dérivée. On en conclut donc que, pour tout k\in\mathbb{N}^*, et pour tout t\in [k,k+1], on a f(k+1)\leqslant f(t)\leqslant f(k), d'où l'encadrement

f(k+1)\leqslant \int_k^{k+1}f(t)dt\leqslant f(k),

puis, pour tout n\in\mathbb{N}^*,

T_{n+1}-\dfrac{1}{2}\leqslant \int_1^{n+1}f(t)dt\leqslant T_n.

Ainsi, on déduit l'encadrement suivant, pour tout n\in\mathbb{N}^* :

F(n+1)\leqslant T_n\leqslant F(n)+\dfrac{1}{2},

où l'on a posé F:x\longmapsto \int_1^xf(t)dt.

Notons que, pour tout x>1, F(x)>0 par stricte positivité de f sur son ensemble de définition. Du coup, le réflexe classique ici est de dire que l'on prend l'encadrement ci-dessus et on divise tout le monde par F(n), strictement positif pour n\geqslant 2, pour obtenir que T_n\sim F(n), mais ici il semblerait que cela puisse coincer a priori. En effet, faisons-le :

Pour tout n\geqslant 2, on a :
\dfrac{F(n+1)}{F(n)}\leqslant \dfrac{T_n}{F(n)}\leqslant 1+\dfrac{1}{2F(n)}.  (\star)

A gauche, on a : \dfrac{F(n+1)}{F(n)}=\dfrac{F(n)+\int_n^{n+1}f(t)dt}{F(n)}=1+\dfrac{1}{F(n)}\int_n^{n+1}f(t)dt.

La fonction F est strictement croissante sur [1,+\infty[, donc converge vers un nombre réel strictemnt positif ou diverge vers +\infty. Dans les deux cas, il existe l\in\mathbb{R}_+ tel que \dfrac{1}{F(n)}\underset{n\to+\infty}{\longrightarrow} l.

De, plus, on a évidemment, pour n\in\mathbb{N}^*, 0\leqslant \int_n^{n+1}f(t)dt\leqslant f(n)\underset{n\to+\infty}{\longrightarrow} 0.

Première conclusion : la bonne nouvelle, c'est que le membre de gauche dans l'encadrement (\star) va toujours tendre vers 1, pour tout \beta >0.

Mais, là où j'ai un souci, c'est que pour le membre de droite, ce n'est pas le cas en général.

En effet : Si \beta>1, et puisque \dfrac{1}{t^{\beta}+1}\sim\dfrac{1}{t^{\beta}}, on sait (Riemann) que F(t) converge vers un réel strictement positif L.
Ainsi, si \beta >1, on peut simplement conclure :

1\leqslant \underset{n\to +\infty}{\mathrm{liminf}}\ \dfrac{T_n}{F_n}\leqslant \underset{n\to +\infty}{\mathrm{limsup}}\ \dfrac{T_n}{F_n}\leqslant 1+\dfrac{1}{2L}, ce qui ne permet pas de conclure que T_n\sim F(n)...

En revanche ! Si \beta\in ]0,1], alors F(t) diverge vers +\infty, et donc le terme \dfrac{1}{2F(n)} va tendre vers 0 lorsque n tend vers +\infty.
Donc, si \beta\in ]0,1], on a bien T_n\sim F(n). On peut alors chercher à trouver un équivalent plus simple de F(n) au voisinage de +\infty..

Posté par
mathmusic
re : comparaison série intégrale 27-08-25 à 23:38

Bonsoir, oui en effet il vient de Chatgpt je lui ai demandé de générer des exercices type pour m'entrainer visiblement à ne plus refaire .
Merci pour votre aide à tous, Tout me parait beaucoup plus clair maintenant !!

Bonne soirée et encore merci !



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