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equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(-nx))

Posté par
arheon
26-06-13 à 10:36

Bonjour à tous,
Je suis actuellement au prise avec un exercice dont la résolution m'échappe et tiré des épreuves orales du concours CCP, en voici l'intitulé:
Soit f:x ln(1-e-nx). Montrer que f est définie et continue sur ]0,+[, quelles sont ses variations ? Trouvez les limites de f en 0 et en + ainsi que des équivalents simples. f est-elle intégrable ?

J'ai montré la définition qui est un problème de convergence simple de la série de fonction, la continuité en utilisant la convergence uniforme sur tout segment, et ses variations en utilisant le théorème de dérivation des séries de fonctions. Cependant pour trouver les équivalents...
J'ai pensé à utiliser un encadrement par des intégrales après avoir fixé x, mais je n'abouti pas.
Merci d'avance pour votre aide.

Posté par
WilliamM007
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 11:41

Bonjour.
En +, ln(1-e-nx)~e-nx=(e-x)n
Par somme géométrique : (e-x)n = 1/(1-e-x)

As-tu essayé de montrer que 1/(1-e-x) est un équivalent de f ?

Posté par
gui_tou
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 12:07

Bonjour,

William, tu voulais surement dire \ell n(1-e^{-nx})\sim -e^{-nx}

Le souci c'est que \dfrac{1}{1{\red +}e^{-x}}\sim 1

Et je suis plus tenté de dire que la limite en + l'infini c'est 0.

Je cherche encore une bonne idée, je n'ai pas l'impression qu'utiliser le DSE de ln(1-t) nous aide.

Posté par
gui_tou
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 12:19

Ah, en revanche si tu fais commencer la somme à 1, William, on a -\dfrac{e^{-x}}{1+e^{-x}}\sim-e^{-x} ce qui est plus intéressant.

Remarque : pour tout x>0 la somme de la série est négative donc on s'attend à ce que ses équivalents le soient aussi.

Posté par
WilliamM007
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 12:49

Oui merci de m'avoir corrigé gui_tou

Posté par
arheon
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 13:35

Merci pour votre aide.
J'ai également pensé à utilisé le théorème de la double limite.
Comme il s'agit d'une étude locale ce qu'il se passe au voisinage de 0 est inutile. On peut donc se restreindre a un intervalle de la forme ]a, [. Il me semble qu'il y a bien convergence uniforme sur cet intervalle. Donc le théorème s'applique et donne une limite nulle en +.
Ce qui ne donne pas pour autant un équivalent.

Posté par
gui_tou
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 13:38

C'est pour ca qu'on te propose de regarder si -exp(-x) ne serait pas justement un équivalent en +oo.

Posté par
carpediem
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 14:03

salut

on démare à 1 ....

ln(1 - e-nx) = ln ( 1 - e-nx)

ce produit est équivalent 1 -( e-nx) 2 - 1/(1 - e-x) 2 - (1 + e-x) = 1 - e-x

on prend le ln et un équivalent est -e-x ...

comme trouvé précédemment ....

Posté par
boninmi
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 14:08

Il me semble qu'on peut développer ln(1-e-nx) en série.
f est alors la somme d'une série double qui me paraît absolument convergente.
On peut alors inverser les sommations.
Le premier terme relatif au premier indice est alors somme d'une série géométrique (au signe près, et au terme constant près, celle indiquée par WilliamM007 plus haut).
Sauf erreur de ma part, gui_tou, et en supposant qu'on démarre de n=1, on trouve -e-x/(1-e-x) (et non pas 1+e-x, l'erreur de signe de WilliamM007 est globale, elle ne se répercute pas au dénominateur du résultat).
Il n'est pas difficile alors de conclure pour l'équivalent.

Posté par
boninmi
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 14:09

... grillé par carpediem et son produit infini

Posté par
gui_tou
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 14:11

C'est exact, le dénominateur est bien 1-e-x, je m'excuse !

Posté par
arheon
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 18:30

J'ai continué cherché de mon coté et j'ai trouver comme équivalent -e-x/x.
Je suis partie de -fn pour avoir une fonction positive décroissante et j'ai appliqué le théorème de comparaison série intégrale. en intégrant via le changement de variable u = tx on obtient une formule un peu compliqué que l'on simplifie en l'étudiant localement.

Posté par
arheon
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 18:47

erreur de ma part je trouve -1/x par encadrement

Posté par
boninmi
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 26-06-13 à 22:27

Pour ce dernier résultat tu parles de l'équivalent en zéro, je suppose.

Posté par
jandri Correcteur
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 28-06-13 à 22:34

Bonjour,

Pour trouver un équivalent en +\infty on peut commencer par montrer que -t-t^2\leq \ln(1-t)\leq -t pour 0<t<\frac12.
L'encadrement obtenu en sommant donne l'équivalent souhaité.

Pour trouver un équivalent en 0 on utilise la méthode de comparaison à une intégrale.
En intégrant par parties l'intégrale obtenue on en déduit que la limite en 0 de xf(x) est égale à -\int_0^{+\infty}\dfrac {ue^{-u}}{1-e^{-u}}du=-\dfrac{\pi^2}6.

Posté par
gui_tou
re : equivalents simples de la serie de terme général ln(1-exp(- 01-07-13 à 16:51

Merci \rm\red jandri !



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