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Niveau maths spé
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Suite sommable

Posté par
gree
17-09-15 à 18:17

Bonsoir,
Voici l'énoncé:
Soit (an)n0 une suite sommable de nombres complexes. Montrer que:
(k=1 à +) ( n=k à + an/(n(n+1) ) = 1/2 *  (n=1 à +)an

Je ne sais pas du tout comment m'y prendre, je vois pas comment faire intervenir Fubini.

Merci d'avance!

Posté par
EDP
re : Suite sommable 18-09-15 à 00:52

Si tu veux utiliser le théorème de Fubini, fais disparaître la dépendance en k dans le bas de la deuxième somme en te servant de l'indicatrice de {k, k+1, ....}.
N'oublie pas de faire attention aux conditions pour l'utiliser (inégalité triangulaire)

Posté par
Jygz
re : Suite sommable 18-09-15 à 10:29

Ce résultat me parait faux.

Supposons : \forall n > 2 a_n = 0

La somme devient :

\sum_{k=1}^{2} \sum_{n=k}^{2}\frac{a_n}{n(n+1)} = \frac{a_1}{2} + \frac{a_2}{6} + \frac{a_2}{6} = \frac{a_1}{2} + \frac{a_2}{3}

Ce qui est différent de : \frac{1}{2} \sum_{n=1}^2 a_n = \frac{a_1}{2} + \frac{a_2}{2}

Aie l'amabilité de donner un énoncé correct s'il te plait.

Posté par
Jygz
re : Suite sommable 18-09-15 à 10:37

Je devine donc l'énoncé qui doit être :

Montrer que \sum_{k=1}^{+\infty} \sum_{n=k}^{+\infty}\frac{ka_n}{n(n+1)} = \frac{1}{2} \sum_{n=1}^{+\infty} a_n

Tu pourrais quand même le recopier sans faute, c'est la moindre des choses. C'est très agaçant de devoir aussi avoir à vérifier ton énoncé, et qui plus est, à le corriger.

Posté par
gree
re : Suite sommable 18-09-15 à 16:04

Nous avons dit au prof qu'il manquait un k, et il nous a dit que non...

Posté par
gree
re : Suite sommable 18-09-15 à 16:22

Je n'arrive pas à faire disparaître la dépendance en k...

Posté par
Jygz
re : Suite sommable 18-09-15 à 16:57

Ben ton prof s'est trompé.

Posté par
Jygz
re : Suite sommable 18-09-15 à 17:01

Au lieu de faire disparaitre la dépendance en k essaie d'abord pour faire la démonstration

pour (a_n)_{n\in\mathbb N^*} suite de réels positifs).

Pour ce faire essaie en fait de voir combien de fois, pour p fixé, le terme

\frac{a_p}{p(p+1)} apparaît.

Je t'aide. Je te donne un exemple pour visualiser :

Pour p = 3 :

Le terme va apparaitre dans la deuxième somme k=1, k=2, k=3
 \\ 
 \\

Pour les k > 3 la deuxième somme : \sum_{n=k}^{\infty} \frac{ka_n}{n(n+1)}

Comme l'indice commence à un nombre strictement supérieur à 3, on voit qu'il n'apparaitra plus.

Donc ce terme \frac{ka_3}{3(3+1)} apparaissant pour   k=1, k=2, k=3 , le coefficient devant a_3 sera \frac{(1+2+3)}{3(3+1)} = \frac{1}{2} (le 1+2+3 étant égal à \sum_{k=1}^3 k)

Je te laisse généraliser. Mais fais attention là c'est pour des rééls positifs. Et manipule tes séries correctement : ce ne sont pas des sommes finis !

Posté par
alainpaul
re : Suite sommable 18-09-15 à 17:43

Bonjour Jygz,


Peut-on représenter simplement cette double sommation dans un tableau à deux entrées ,
doublement illimité,quel élément  mettre alors dans chaque case?


Alain

Posté par
Jygz
re : Suite sommable 18-09-15 à 18:44

Oui c'est schématiquement l'idée que je lui propose.

Maintenant effectivement il peut se représenter ça visuellement plus facilement avec le tableau.

Posté par
alainpaul
re : Suite sommable 19-09-15 à 10:46

Bonjour,


Pourrais-tu nous en dire plus?



Alain

Posté par
Jygz
re : Suite sommable 19-09-15 à 11:16

Il peut construire un tableau en mettant k sur les lignes et n sur les colonnes.

Tels que le point (k, n) soit \frac{ka_n}{n(n+1)}

Le tableau sera donc nul pour les points (k, n) tels que n < k.

On aura donc une sorte de tableau infini, nul sous la diagonale.

Et l'idée ici est de sommer d'abord les termes d'une colonne (qui sont en nombre fini).

Puis de sommer tous ces termes.

Posté par
alainpaul
re : Suite sommable 19-09-15 à 11:26

Bon,


Merci,j'apprends 'en passant' et la symbolique double sommation ma paraît difficile d'emploi,
ici ,une autre relation me paraît utile: \frac{1}{n(n+1)}=\frac{1}{n}-\frac{1}{n+1}



Alain

Posté par
Jygz
re : Suite sommable 19-09-15 à 16:33

De rien

Mais après il faut justifier ça rigoureusement, puisqu'on n'a pas le droit de permuter les termes comme bon nous semble.

Il faut donc faire disparaître la dépendance en k de la deuxième sommes pour bien être dans les critères de Fubini.

Pour ce faire j'introduis une suite à double entrée (b_{n, k})_{(n, k) \in \mathbb N^* \times \mathbb N^*}

Definie telle que :

\forall n\geq k b_{n, k} = 1

Et b_{n, k} = 0 sinon.

Ce qui permet de réécrire la double somme de la manière suivante :

\sum_{k=1}^{+\infty} \sum_{n=1}^{+\infty} b_{n, k}\frac{ka_n}{n(n+1)}

À partir de là on peut appliquer Fubini en prenant soin de justifier ça rigoureusement. Ce qui donne :

\sum_{k=1}^{+\infty} \sum_{n=1}^{+\infty} b_{n, k}\frac{ka_n}{n(n+1)} = \sum_{n=1}^{+\infty} \sum_{k=1}^{+\infty} b_{n, k}\frac{ka_n}{n(n+1)}

Considerons :

\sum_{n=1}^{+\infty} \sum_{k=1}^{+\infty} b_{n, k}\frac{ka_n}{n(n+1)}

On fixe à chaque fois n et on somme sur k

Et comme b_{n, k} est nulle pour k > n et 1 sinon, on a l'égalité :

\sum_{n=1}^{+\infty} \sum_{k=1}^{+\infty} b_{n, k}\frac{ka_n}{n(n+1)} = \sum_{n=1}^{+\infty} \sum_{k=1}^{n} \frac{ka_n}{n(n+1)} = \sum_{n=1}^{+\infty} \left ( \sum_{k=1}^{n} k\right ) \frac{a_n}{n(n+1)} = \frac{1}{2} \sum_{n=1}^{+\infty} a_n
 \\

Le fait d'avoir eu l'idée d'intervenir une suite pour enlever la dépendance en k sur l'indice de sommation, vient du fait qu'avec le tableau, on voit qu'il est préférable de sommer d'abord les colonnes, puis de sommer ces sommes par la suite. Ce qui permet d'appliquer rigoureusement Fubini, et ainsi d'arriver au résultat.

Posté par
alainpaul
re : Suite sommable 19-09-15 à 18:38

Merci,


Cela reste quand même pour moi difficile; les séries infinies demandant des précautions particulières dans les calculs,




Alain

Posté par
etniopal
re : Suite sommable 19-09-15 à 19:24

Si H = { (k,n) ² | 0 < k n } on définit u : (k,n) 2ka(n)/n(n+1) de H vers   .

..u est  sommable car pour toute  famille de réels 0 , on peut "sommer par paquets" .
On a en effet { 2|a(n)|/n(n+1) | 0 < k n } = |a(n)| pour tout n > 0 et on suppose que |a| < +

  ..maintenant qu'on sait que u est sommable on invoque Fubini qui dit que

  1.pour tout n , la famille { u(n,k) | k n} est sommable et aussi que   {kn u(n,k) | k n} est sommable . Soit s sa somme  .

   2.pour tout k , la famille { u(n,k) | k n} est sommable ( c'est d'ailleurs clair et sa somme est2a(n) ) et aussi que la famille { 2a(n) | n *} est sommable (  rien de nouveau ) mais on a aussi 2a  = s . Ce qui est ce qui est demandé .



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