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Niveau Maths sup
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Convergence série

Posté par
matix
21-10-07 à 18:53

Bonsoir,

Peut-on trouver un majorant à la fonction \displaystyle \frac{e^{-(n+1)x}}{n} afin de montrer rapidement que la série de terme général cette fonction converge?

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 19:18

En fait, je demande ça car je cherche à étudier dans un premier temps la convergence simple et la convergence absolue de de la série dont le terme général est (-1)^n \, \frac{e^{-(n+1)x}}{n}.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 19:28

Avec une autre méthode, je trouve que la série converge absolument car \frac{f_{n+1}(x)}{f_n(x)} \rightarrow e^{-x} lorsque n tend vers l'infini, et puisque x \in \mathbb{R}^+, 0 < e^{-x} \leq 1. Mais il y a un problème car e^{-x} peut-être égal à 1... Problème qui n'est peut-être plus un du fait que f_n(0) = (-1)^n \frac{1}{n}, qui est le terme général d'une série qui converge...

Mon raisonnement se tient?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 19:28

Bonjour,
la convergence simple peut se déduire du critère des séries alternées.
La convergence absolue me semble clairement compromise dès que x est négatif, mais pour x strictement positif, je pense qu'il n'y a pas de souci.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 19:32

Bonjour,

Comment le montres-tu pour les x positifs (pour la CVA)?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 19:39

Chacune des fonctions f_n(x)=exp(-(n+1)x)/n est décroissante (*).
Notamment, pour x>0 tu as que 0 < |f_n(x)| < exp(-x)^(n+1)/n < exp(-x)^(n+1)
A x fixé le truc de droite est clairement sommable, donc nos f_n le sont.
La remarque (*) permet de conclure quant au fait que la convergence est absolue sur tout intervalle [a,+oo) avec a strictement positif.

a+

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 19:49

Mais comment montrer que la limite lorsque n tend vers l'infini de exp(-(n+1)x)/n = 0? J'obtiens une forme indéterminée...

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 19:51

Pourquoi tu as besoin de savoir ca ?
Ce n'est de toute facon pas une forme indéterminée pour x positif.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 19:56

Croissances comparées?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 19:57

Mais je viens de te dire que tu n'as PAS de forme indéterminée pour x positif ...

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:00

Peux-tu détailler stp?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:02

Non, dis moi pourquoi toi tu bloques ?
La limite est une limite qui ne pose pas de problème, la limite du quotient est le quotient des limites ...

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:04

Et bien, on a, en termes de limite, le quotient 0/infini...

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:05

Oui et donc ?

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:08

Je croyais que c'était indéterminé...ShAmE oN mE... Désolé!
Par contre, j'ai une autre question
Comment justifies-tu que exp(-(n+1)x) est le terme général d'une série qui converge?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:11

Comme je t'ai dit, exp(-(n+1)x)=exp(-x)^(n+1)
Vu que x est strictement positif ...


Sinon tu peux toujours faire une comparaison série intégrale qui me semble être une méthode un peu trop "violente" ici.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:13

Déjà, quelle propriété permet d'affirmer cette écriture?

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:14

Je ne sais pas si c'est le terme général d'une série qui converge.. Même avec x positif, je ne vois pas où tu veux en venir..

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:21

Je pense que depuis la terminale, tu dois savoir que exp(ax)=exp(x)^a non ?
Sinon ca va mal.
Et le fait que x soit positif implique quel encadrement sur exp(-x) ?

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:25

Sincèrement, je ne m'en souvenais plus, je ne l'emploie que très rarement il me semble..
Puisque x est positif, on a 0 < exp(-x) \leq 1

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:26

Oui mais puisque x est strictement positif et que l'exponentielle est strictement croissante, tu as meme des inégalités strictes et c'est ca qui nous aide ici.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:31

x n'est pas strictement positif, il est positif ou nul. Mais on arrive quand même à conclure apparemment.

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:33

Mais moi je t'ai dit que ca marchait pour x strictement positif.
Si x est nul, on a trivialement convergence simple, mais on n'a la convergence absolue que sur les intervalles de la forme [a,+oo) avec a strictement positif, ainsi que sur les sous ensemble de ces intervalles.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:34

Oula, je ne te suis plus là ... On n'a pas convergence absolue sur \mathbb{R}^+?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:36

Non, sinon on aura convergence absolue en 0 ce qui n'est clairement pas le cas puisque chaque fonction vaut 1/n en 0 et cette somme diverge.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:39

Voici où j'en suis:

J'ai écrit: |u_n(x)| \leq (exp(-x))^{n+1}

Or, (exp(-x))^{n+1} est le terme général d'une série qui converge, puisque pour x \geq 0, (exp(-x))^{n+1} \leq 1, on en déduit d'après la première inégalité que \sum \, |u_n(x)| converge, donc \sum \, u_n(x) converge absolument pour x \geq 0... C'est faux?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:40

Oui c'est faux puisqu'il n'y a pas convergence absolue en x=0 comme je te l'ai deja dit ...

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:41

Mais où est l'erreur dans ce que j'ai écrit, avant ma conclusion?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 20:42

Dans le fait que la première inégalité large implique la convergence de la série des |Un|.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 20:47

Mais pourtant, |u_n(x)| = exp(-(n+1)x)/n, ce qui est bien inférieur ou égal à (exp(-x))^(n+1) pour x \geq 0!

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 21:10

?

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 22:43

Oui et alors ^
Le truc de droite vaut 1 quand x vaut 0 ...
Donc tu te retrouves à majorer par une série divergente. Ce n'est pas étonnant puisque ta série diverge de toute facon.

Posté par
matix
re : Convergence série 21-10-07 à 22:52

Je me perds...

Posté par
otto
re : Convergence série 21-10-07 à 23:14

Bein c'est quand même facile de voir que le truc de droite vaut 1 quand x vaut 0 non ?
exp(0)=1

Donc tu majores par une série divergente, donc tu ne peux rien dire.
Et de toute facon la série est bien absolument divergente pour x=0 comme je te l'ai déjà dit puisque tu te retrouves à sommer des 1/n.



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