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Niveau Licence Maths 1e ann
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Somme des inverses des factorielles

Posté par
Foreverson
23-01-09 à 11:55

Bonjour, je dois trouver la limite de xn = 1/0! + 1/1! + 1/2! + 1/3! + 1/4! + ... + 1/n!

Cela tend vers e mais je n'arrive pas à le démontrer...

J'ai pensé au développement limité de ex, mais cela ne marche qu'en 0...

Je sais qu'une deuxième suite, yn = xn + 1/n! tend vers la même limite, donc e.

Je n'arrive pas à faire le lien.

Merci de m'aider

Posté par
dhalte
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 12:08

Si tu as à ta disposition la notion de série entière, c'est immédiat : suivre le lien

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 13:13

Ok, merci de ton aide dhalte

Par contre, comment traduire ça sur ma feuille...

C'est un principe qu'on a pas (encore) vu.

N'y a-t-il pas un autre moyen de trouver la limite sachant que les 2 suites sont adjacentes ?

Posté par
milton
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 13:46

bonjour
le developpement limité de ex te donne
e^1=x_n+\frac{1}{n!}\Bigint_{0}^{1}(1-t)^ne^tdt si on pose
\frac{1}{n!}\Bigint_{0}^{1}(1-t)^ne^tdt=v_n alors 0v_n\frac{e}{n!}
et tu as ton resultat

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:08

Désolé mais je n'ai absolument rien compris

Cela dit, merci de t'être intéressé à ce topic

Posté par
milton
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:25

selon la formule de taylors ave reste integral,le DLn de ex donne
e^x=\Bigsum_{0}^{n}\frac{x^k}{k!}+\frac{1}{n!}\Bigint_{0}^{x}(x-t)e^tdt avec x=1
e=x_n+v_n

Posté par
milton
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:27

desole  sous l'integrale c'es plutot (x-t)^ne^t

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:28

Mais j'ai pas vu tout ça moi

Pour nous, le reste des DL, c'est (o(xn))

On y est pas encore à ce chapitre

Merci de la solution mais je pense qu'il y un truc tout bête (pas forcément plus simple) que je n'arrive pas à trouver !

Posté par
Camélia Correcteur
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:35

Bonjour

Si tu n'as aucune des methodes que l'on te signale, je ne crois pas que tu puisses démontrer que la limite est e rien qu'en regardant ta suite.

On peut (pas très facile) montrer que ta suite a la même limite que la suite \(1+\frac{1}{n}\)^n et pour celle-ci, tu peux montrer qu'elle tend vers e en prenant le logarithme.

Posté par
milton
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:39

bon si tu peux montres que x_n a meme limite que (1+\frac{1}{n})^n=c_n tu peux en suite lu donner la limite de c_n que tu peux caluler en remarquant que ln(1+t) est equivalent à t :t0

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:42

Récapitulons :

-(xn) est croissante
-(yn) est décroissante et yn = xn + (1/n!)
-ces suites sont adjacentes et ont donc la même limite, on me demande de la calculer.

On sait que c'est e, reste à le prouver avec des méthodes de mon niveau

Posté par
milton
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:44

excuse moi camelia  j'ecrivais mon message lorsque tu envoyais le tien

Posté par
Camélia Correcteur
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:46

Bon, on en arrive au même point... Sans rien de plus, je ne crois pas que tu puisses que la limite est e (d'accord avec milton). D'abord, quelle est da définition de e?

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:50

Ben la constante e, exp(1) = 2,71828...

Posté par
Camélia Correcteur
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:53

Alors je ne sais pas... à moins de truander sur le o(x^n) du DL, mais ce n'est pas à recommander!

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 14:59

Bon, merci quand même de votre aide, si un jour j'ai la réponse, je vous la ferai parvenir

Posté par
Camélia Correcteur
re : Somme des inverses des factorielles 23-01-09 à 15:02

En effet, j'aimerais bien voir d'où sort e sans aucune connaissance prealable!

Posté par
milton
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 14:08

bonjour
en effet il ya une resolution qui si on pose :
w_n=(1+1/n)^n et z_n=(1+1/n)x_n on peut montrer aisement que w_nx_nz_n et conclure avec la limite de w_n
essaie et si tu seche signale le nous je te guiderai

Posté par
Camélia Correcteur
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 14:12

Oui, je sais, je l'ai suggéré aussi, mais je doute qu'un prof espère qu'un étudiant l'inventera!

Posté par
milton
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 14:17

je crois que oui et finalement l'exercice n'a pas de solution ds ces condition

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 14:42

Sinon, la formule de taylor avec reste intégral n'est qu'une bête intégration par partie itérer, elle n'est pas difficile à obtenir si on en à bessoin...

et si e est définie comme etant exp(1), qu'elle est ta définition de l'exponentiel (parceque la définition usuelle de exp, c'est justement somme des x^n/n!...) ?

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 15:43

J'ai pas de définition précise

e c'est e et voilà, c'est la réciproque du log aussi.

C'est pas la définition de e qui va me faire avancer

Je vais essayer de faire ce qu'ont dit milton et Camelia

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 16:11

"C'est pas la définition de e qui va me faire avancer " >>> Ba si justement... pour montrer que quelque chose vaut e, encore faut-il savoir ce qu'est e...
et si ton exo te fait d'abord montrer que ca converge en utilisant une suite adjacente (ce qui n'est en soit pas tres difficile) pour ensuite de demander de calculer la limite sans indication c'est peut-etre qu'il y a quelque chose d'evident avec ta définition de l'exponentiel... parce ce que ca serait bizzard de d'abord te guider sur quelque chose de facile pour ensuite te laisser inventer tous seul des methodes compliqué (comme introduire (1+1/n)^n ou encore inventer la formule de taylor avec reste intégral...)


enfin, personellement je trouve que en partant de rien, le plus simple est encore de faire ca :
introduit la suite Un= intégral de 0 à 1 de exp(t)(t-1)^n /n! dt

montre (intégration par parttie en dérivant exp et en intégrant (t-1)^n) que
Un=U(n+1) - 1/(n+1)!

montre que Uo=e-1 et donc, par récurence sur n, Un=e-1-1/2-..-1/n!=e-Xn

il ne te reste plus qu'à montrer que Un->0 et pour cela ecrit que Un< e.intégral de  (1-t)^n/n! = e/(n+1)!

d'ou le résultat...

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 16:26

(1+1/n)^n  =   \displaystyle { \sum_{k=0}^{n}} \(n\\k\) (1/n)^{n-k}

= (1/n)^n + \(n\\1\) (1/n)^{n-1} + ... +1

Je suis dans la bonne voie ?

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 17:32

Ksilver, pour ta méthode je trouve :

Un = \frac{1}{(n+1)!} ( (-1)^{n+1} - \int_0^{1}e^t (t-1)^{n+1} dt )  

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 17:47

Oui escuse, moi, c'est une petite faute de frape :
il fallait prendre :

Un= intégral de 0 à 1 de exp(t)(1-t)^n /n! dt

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 17:54

Ah ok

Je vais réessayer mais un peu plus tard, A+

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 18:08

Alors je trouve que :

Un = \frac{1}{(n+1)!} ( 1 - \int_0^{1}e^t (1-t)^{n+1} dt )

= \frac{1}{(n+1)!} - U(n+1)

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 21:46

Cette fois ci c'est une petit erreur de calcule dans ton ipp, on trouve bien Un=U(n+1) +1/(n+1)!

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 24-01-09 à 23:19

Euh... Un=U(n+1)-1/(n+1)!... enfin comme je l'avait dit au débuut quoi.

quand on intégre (1-t)^n on trouve -(1-t)^(n+1)/(n+1) (à cause du -t )

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 25-01-09 à 10:57

Décidément, je n'arrive pas à trouver la même chose...

Pour moi Un=U(n+1)+ 1/(n+1)!

Où est-ce que j'ai encore pu me tromper ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Somme des inverses des factorielles 25-01-09 à 14:43

Mais non! U_{n+1}=U_n+\frac{1}{(n+1)!} Ecris les premiers termes!

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 25-01-09 à 14:56

Reprend le calcule calemement et tu va y arriver : ce n'est qu'une bête intégration par partie !

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 25-01-09 à 14:57

U0 = e-1
U1 = U0 + 1/1! = e - 1 + 1 = e
U2 = U1 + 1/2! = e + 1/2
U3 = U2 + 1/3! = e + 1/2 + 1/6
...

Maintenant, si comme je l'ai trouvé, U(n+1) = Un- 1/(n+1)!
alors on a :

U0 = e-1
U1 = U0 - 1/1! = e - 1 - 1
U2 = U1 - 1/2! = e - 1 - 1 - 1/2
U3 = U2 - 1/3! = e - 1 - 1 - 1/2 - 1/6

Et là ça collerait mieux, non ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Somme des inverses des factorielles 25-01-09 à 15:21

U(n+1) = Un- 1/(n+1)!

C'EST FAUX!!

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 25-01-09 à 20:05

Oups ^^


oui tu as raison Foreverson.

tu arrive à terminer l'exo avec ca ? (il ne te reste plus qu'a montrer que Un->0 ce qui ce fait en majorant l'exponentielle par e... )

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 25-01-09 à 21:40

Je verrai plus tard pour continuer, j'attendais une confirmation d'abord

A+

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 30-01-09 à 18:05

Bon, j'essaye de m'y remettre.

Il faut donc que je montre que Un tend vers 0.

Citation :

il ne te reste plus qu'a montrer que Un->0 ce qui ce fait en majorant l'exponentielle par e


Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 30-01-09 à 20:22

Salut !

ecrit que exp(t) est plus petit que e quand t est entre 0 et 1, et calcule l'intégrale en ayant remplacer l'exponentielle par 'e', et tu va trouver un truc qui tend vers 0...

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 30-01-09 à 21:22

\frac{1}{n!} \int_0^{1} e(1-t)^n dt = \frac{e}{(n+1)!}

Or, \frac{1}{n!} \int_0^{1} (1-t)^n dt \frac{1}{n!} \int_0^{1} e^t(1-t)^n dt \frac{1}{n!} \int_0^{1} e(1-t)^n dt

donc \frac{1}{(n+1)!} \frac{1}{n!} \int_0^{1} e^t(1-t)^n dt \frac{e}{(n+1)!}

De plus, \lim_{n\to +\infty} \frac{1}{(n+1)!} = \lim_{n\to +\infty} \frac{e}{(n+1)!} = 0

On applique le théorème des gendarmes (ou encadrements), et on montre donc que lim (Un) = 0 quand n +

Maintenant, comment dire rigoureusement que 1 + 1 + 1/2 + 1/6 + ... + 1/n! e ?

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 31-01-09 à 01:49

euh la je comprend pas ton problème :S

tu as montré que Un->0 et que Un=e-1-1/2!-1/3!-..1/n!

donc e-1-1/2!-1/3!-..1/n!->0

ce qui signifie que 1+1/2+1/3!+...+1/n! tend vers e

enfin quand ta une suite Un dire que Un tend vers L ou Un-L tend vers 0 c'est pareil !

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 31-01-09 à 09:47

Oui, ça je le sais

Mon problème était de marquer tout ça rigoureusement, car je ne pense pas qu'on ait réellement montré que Un = e-1-1/2!-1/3!-..1/n!, on a juste émis une hypothèse qui se vérifie sur les premiers termes.

Je suppose que ça doit pouvoir se prouver par récurrence.

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 31-01-09 à 09:56

Ok, c'est prouvé par récurrence

Merci à tous de votre aide, je posterai la solution du prof quand je l'aurai !

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 12-02-09 à 20:17

J'ai la solution du prof

x +
cx,n ]0,x[ tq

ex = 1 + x/1! + x²/2! + ... + xn/n! +( xn+1 /(n+1)! ) exp(n+1) (cx,n)

On applique à x=1

On obtient

e - (1 + x/1! + x/2! + ... + 1/n!) = ecn /(n+1)!

|e-xn| = ecn /(n+1)! e/(n+1)! 0 quand n+

D'où xn e quand n+

Voili voilou

Je préfère la solution des intégrales quand même

Posté par
Ksilver
re : Somme des inverses des factorielles 13-02-09 à 00:21

Bonsoir !

c'est certe plus simple, on te l'aurais probablement sugéré si tu avais pas dit "Pour nous, le reste des DL, c'est (o(x^n))"

enfin, c'est pas tres grave : la methode que je t'ai montré consiste enfait à reprouver la formule dite de "Taylor-lagrange" (ou encore formule de taylor avec reste intégral) qui sert entre autre à prouver la formule que ton prof à utilisé. donc au final c'est plus ou moins  la meme methode (d'ailleur, c'est la meme inégalité qu'on obtiens à la fin)

Posté par
Foreverson
re : Somme des inverses des factorielles 13-02-09 à 13:40

Citation :
on te l'aurais probablement sugéré si tu avais pas dit "Pour nous, le reste des DL, c'est (o(x^n))"


Ce qui est vrai, le "cx,n", on ne l'avait vu qu'une seule fois



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