Cours-main/CUPGE 1/Semestre 2/Mathématiques/Notes/Suites_et_Series_numeriques.md

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Suites Séries numériques

Soit (Un)n∈N(U_n)\quad n\in\N
Et Sp=∑PunS_p=\sum^Pu_n


Propriété :

Si ∑un\sum u_n converge, alors lim⁡n→∞un=0\lim_{n\rightarrow\infty}u_n=0
On pose S=lim⁡p→∞Sp=∑n=1∞S=\lim_{p\rightarrow\infty}S_p=\sum_{n=1}^\infty


Rappel:

∑n=0Pan=1−aP+11−a\sum_{n=0}^Pa^n = \frac{1-a^{P+1}}{1-a}


Série géométrique:

∑an→11−a∣a∣<1\sum a^n\rightarrow\frac1{1-a}\quad|a|\lt1


Application:
  • un=(13)nu_n=(\frac13)^n

    S=11−13=32S=\frac1{1-\frac13}=\frac32

  • un=22n5n=(45)nu_n=\frac{2^{2n}}{5^n}=(\frac45)^n

    S→11−45=5S\rightarrow\frac1{1-\frac45}=5

  • un=1n!u_n = \frac1{n!}

    S=1+11!+12!+13!+⋯+S = 1 + \frac1{1!}+\frac1{2!}+\frac1{3!}+\dots+

    Pour n≥1n\ge 1, 1n!≤2n2\frac1{n!}\le\frac2{n^2}

    (un)=2n2≡∫1∞f(x)dx(u_n) = \frac2{n^2} \equiv \int_1^\infty f(x)dx CVG avec f(x)=2x2f(x)=\frac2{x^2}

    ⇒∑1n!\Rightarrow \sum\frac1{n!} CVG

  • un=n2+1n!u_n=\frac{n^2+1}{n!}, sachant que ∑∞1n!=e\sum^\infty\frac1{n!}=e

    Sp=∑PunS_p = \sum^Pu_n

    Sp=∑Pn2+1n!=∑Pn2n!+∑P1n!S_p=\sum^P\frac{n^2+1}{n!}=\sum^P\frac{n^2}{n!}+\sum^P\frac1{n!}

    Sp=∑Pn(n−1)!+∑P1n!S_p=\sum^P\frac{n}{(n-1)!}+\sum^P\frac1{n!}

    Sp=∑Pn−1+1(n−1)!+∑P1n!S_p=\sum^P\frac{n-1+1}{(n-1)!}+\sum^P\frac1{n!}

    Sp=∑P1(n−2)!+1(n−1)!+∑P1n!S_p=\sum^P\frac1{(n-2)!}+\frac1{(n-1)!}+\sum^P\frac1{n!}

    Sp=∑n=0P1n!+∑n=1P1(n−1)!+∑n=2P1(n−2)!S_p=\sum_{n=0}^P\frac{1}{n!}+\sum_{n=1}^P\frac1{(n-1)!}+\sum_{n=2}^P\frac1{(n-2)!}

    Soit (n−1)=m(n-1) = m et (n−2)=l(n-2) =l

    Sp=∑n=0P1n!+∑m=0P1m!+∑l=0P1l!S_p=\sum_{n=0}^P\frac1{n!}+\sum_{m=0}^P\frac1{m!}+\sum_{l=0}^P\frac1{l!}

    on sait que ∑∞1n!=e\sum^\infty\frac1{n!}=e donc lim⁡P→∞Sn=3e\boxed{\lim_{P\rightarrow\infty}S_n=3e}


En mettant unu_n sous forme un=f(n+1)−f(n)u_n=f(n+1)-f(n)

calculer S=lim⁡P→∞∑PunS=\lim_{P\rightarrow\infty}\sum^Pu_n

  • un=1n(n+1)u_n=\frac1{n(n+1)}

    un=(n+1)−nn(n+1)=1n−1n+1u_n=\frac{(n+1)-n}{n(n+1)}=\frac1n-\frac1{n+1}

    un=f(n+1)−f(n)=−1n+1+1nu_n = f(n+1)-f(n) = -\frac1{n+1}+\frac1n

    par identification, f(n)=1nf(n) = \frac1n

    Sp=∑n=1P1n(n+1)=∑n=1P1n−∑n=1P1n+1S_p=\sum_{n=1}^P\frac1{n(n+1)}=\sum_{n=1}^P\frac1n-\sum_{n=1}^P\frac1{n+1}

    Soit m=n+1m=n+1

    Sp=∑n=1P1n−∑m=2P+11mS_p=\sum_{n=1}^P\frac1n-\sum_{m=2}^{P+1}\frac1m

    Sp=1+12+⋯+1P−12+⋯+1P+1p+1S_p = 1 + \frac12 +\dots+\frac1P\quad-\quad\frac12+\dots+\frac1P+\frac1{p+1}

    $\boxed{S_p=1-\frac1{P+1}}\quad$Converge

  • un=1n(n+1)(n+2)u_n = \frac1{n(n+1)(n+2)}

    un=(n+2)−(n+1)n(n+1)(n+2)u_n=\frac{(n+2)-(n+1)}{n(n+1)(n+2)}

    un=1n(n+1)−1n(n+2)u_n=\frac1{n(n+1)}-\frac1{n(n+2)}

    un=1n−1n+1−(n+2−n)2n(n+2)u_n=\frac1n-\frac1{n+1}-\frac{(n+2-n)}{2n(n+2)}

    un=1n−12n+12(n+2)u_n=\frac1n-\frac1{2n}+\frac1{2(n+2)}

    un=12n−1n+1−1n(n+2)u_n=\frac1{2n}-\frac1{n+1}-\frac1{n(n+2)}

    Sp=12∑n=1P1n−∑n=1P1n+1−12∑n=1P1n+2S_p=\frac12\sum_{n=1}^P\frac1n-\sum_{n=1}^P\frac1{n+1}-\frac12\sum_{n=1}^P\frac1{n+2}

    Sp=12∑1P1N−12∑q=3p+21q−∑m=2P+11mS_p=\frac12\sum_1^P\frac1N-\frac12\sum_{q=3}^{p+2}\frac1q-\sum_{m=2}^{P+1}\frac1m

    Sp=12(1+12+...+1P) − 12(13+...+1P+1P+1+1P+2)S_p=\frac12(1+\frac12+...+\frac1P)\ -\ \frac12(\frac13+...+\frac1P+\frac1{P+1}+\frac1{P+2})

    − (12+13+...+1P+1)\quad\quad\quad-\ (\frac12+\frac13+...+\frac1{P+1})

    Sp=12+14−12(P+1)−12(P+2)−∑n=1P1n+1S_p=\frac12+\frac14-\frac1{2(P+1)}-\frac1{2(P+2)}-\sum_{n=1}^P\frac1{n+1}