Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau Licence Maths 1e ann
Partager :

Limite d'une somme Sigma

Posté par
RaphouFou
07-04-18 à 13:49

Bonjour, je dois calculer la limite de u_n=\sum^n_{k=3}\frac{1}{k^2+1}.

J'ai procédé de la manière suivante :

3 \leq k \leq n

\vdots

\frac1{10} \geq \frac1{k^2+1} \geq \frac1{n^2+1}

Le problème étant que que la limite de \frac1{n^2+1} est 0...

Donc je n'arrive pas à encadrer la somme...

Merci de votre aide !

Posté par
boninmi
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 13:54

Bonjour,

La technique de comparaison d'une série et d'une intégrale devrait te conduire au résultat.

Posté par
Glapion Moderateur
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 13:59

Bonjour, non tu ne peux pas y arriver comme ça.

Utilise la fonction f(x) = 1/(x²+1) ta somme représente la somme des aires des rectangles sous la courbe.
Limite d\'une somme Sigma
utilise l'intégrale de f(x) pour majorer et minorer ta somme.
(pour minorer pense que si tu pousses les rectangles de 1, ils deviennent des majorants)

Posté par
RaphouFou
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 14:17

J'admet ne pas trop comprendre ce que vous voulez dire
Une primitive de \frac1{x^2 +1} serait \arctan(x) mais que faire après ?

Posté par
Razes
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 14:29

Bonjour,

En complément à ce qu'a dit Glapion, Tu peux utiliser la fonction f(x) = \frac 1{((x-1)^2 +1)} ta somme représente la somme des aires des rectangles au dessus de la courbe.

Posté par
boninmi
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 15:40

Sur chaque intervalle [k, k+1] tu as
1/((k+1)2+1)≤1/(x2+1)≤1/(k2+1)
Intègre cette inégalité sur [k, k+1] (tu as la bonne primitive, à droite et à gauche tu as des constantes), puis somme pour k variant ce qu'il faut. Applique ce premier encadrement à n et n+1 pour obtenir l'encadrement voulu.

Posté par
SkyMtn
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 16:09

Tu es sûr de vouloir calculer la limite ou tu veux juste un encadrement ?
Parce que la limite ressemble beaucoup à un développement en fractions partielles de la cotangente

Posté par
rogerd
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 17:03

Bonjour
Le dessin de Glapion montre clairement qu'on peut majorer u_n par une intégrale convergente. Comme cette suite est croissante, cela prouve déjà sa convergence et donne un majorant de la limite.
En mettant les rectangles au-dessus de la courbe, on obtiendrait de même une minoration de la limite.
D'où un encadrement de la limite par deux nombres fixes, mais je ne vois pas comment on pourrait trouver la limite elle-même.
Par ailleurs, pour prouver la convergence, on peut aussi voir la suite comme la somme partielle d'une série convergente car son terme général, positif, est équivalent à 1/n^2.

Posté par
rogerd
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 17:44

Rebonjour

Dans mon souvenir, on sommait de telles séries en utilisant  le théorème de Parseval, dans le cours sur les séries de Fourier..

Posté par
Razes
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 18:37

Je pensais aussi à utiliser un truc du style séries de Fourier, sinon:
u_n=\sum^n_{k=3}\dfrac{1}{k^2+1}=\frac{1}{2i}\sum^n_{k=3}\left (\dfrac{1}{k-i}-\dfrac{1}{k+i}\right )

F_{k}(t)=\dfrac{1}{2i}\int_{0}^{t} \left (e^{(k-i)x}-e^{(k+i)x}\right )dx

Posté par
Razes
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 19:38

Il vaut mieux utiliser le résidu de f(z)=\dfrac{1}{z^2+1} en z=i

Posté par
SkyMtn
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 19:42

On peut aussi tenter un prolongement analytique ou bien réussir à invoquer Liouville en étudiant la fonction holomorphe définie par cette même somme en remplacent 1 par z^2 pour montrer l'égalité avec \frac{\pi\coth\pi z}{2z} + \frac{1}{2z^2} ^^'

Posté par
SkyMtn
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 19:43

* en commençant à sommer à partir de n=0

Posté par
SkyMtn
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 19:45

edit : enfin la série \sum \frac{1}{n^2+z^2} plutôt que "somme"

Posté par
Razes
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 20:04

Razes @ 07-04-2018 à 19:38

Il vaut mieux utiliser le résidu de f(z)=\dfrac{1}{z^2+1} en z=i


J'ai oublié le plus important
f(z)=\dfrac{1}{z^2+k^2} en z=ki

Puis procéder à la somme des résidus.

Posté par
carpediem
re : Limite d'une somme Sigma 07-04-18 à 20:05

salut

merci Razes : j'avais pensé à cette décomposition en éléments simples dans C ... mais je ne savais pas quoi en faire ...

donc merci pour la direction à prendre (les séries de Fourier ...


d'autre part pour la convergence pas besoin de chercher midi à 14 h :

f(x) = \dfrac 1 {x^2 + 1} \le \dfrac 1 {x^2} qui est intégrable sur [1, +oo[ ...

on a même \dfrac 1 {x^2 + 1} = \dfrac 1 {x^2} \left( 1 - \dfrac 1 {x^2} + o(\dfrac 1 {x^2}) \right)

qui devrait permettre d'obtenir que \dfrac 1 3 - \dfrac 1 {3^4} \le \lim u_n \le \dfrac 1 3

Posté par
Razes
re : Limite d'une somme Sigma 09-04-18 à 00:26

Bonsoir,

@carpediem, pas de quoi ; c'étaient une indication seulement.

Nous avons en utilisant les séries de Fourier:  e^{ax} = \dfrac{\sinh(a\pi)}{a\pi}+\dfrac{2\sinh(a \pi)}{\pi}\sum_{n\geq 1}(-1)^n\dfrac{a\,\cos(nx)-n\sin(nx)}{a^2+n^2}.

On peut voir que pour a=-1 ou a=1, nous avons des séries qui ressemblent à ce qu'on cherche. Donc, une combinaison de e^{x} et e^{-x} (qui aboutira à une fonction connue), puis en choisissant une valeur adéquate de x pour se débarrasser de (-1)^n, on obtiendras ce qu'on cherche. (j'ai déjà fait le calcul).



Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Inscription gratuite

Fiches en rapport

parmi 1742 fiches de maths

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !