Licence 2Analyse

Suites et séries numériques

60 min15 exercicesSéquence 1.1 — Licence 2
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Durée : 60 min

Suites et séries numériques

1. Suites numériques

Une suite (un)n≥0(u_n)_{n\geq0} est une application N→R\mathbb{N}\to\mathbb{R}.

Convergence : (un)(u_n) converge vers ℓ\ell si ∀ε>0,∃N,n≥N⇒∣un−ℓ∣<ε\forall\varepsilon>0, \exists N, n\geq N\Rightarrow|u_n-\ell|<\varepsilon.

Suites monotones bornées : toute suite croissante et majorée (ou décroissante et minorée) converge.

Théorème des suites adjacentes : si (un)(u_n) croissante, (vn)(v_n) décroissante, vn−un→0v_n-u_n\to0, alors elles convergent vers la même limite.

2. Séries numériques

La série de terme général ana_n est ∑n=0∞an\sum_{n=0}^\infty a_n. Sa somme partielle est SN=∑n=0NanS_N=\sum_{n=0}^N a_n.

La série converge si (SN)(S_N) converge. Sa somme est S=lim⁡N→∞SNS=\lim_{N\to\infty}S_N.

Condition nécessaire : si ∑an\sum a_n converge, alors an→0a_n\to0. La réciproque est fausse (∑1/n\sum 1/n diverge).

3. Séries de référence

- Série géométrique : ∑n=0∞rn=11−r\sum_{n=0}^\infty r^n = \frac{1}{1-r} si ∣r∣<1|r|<1, diverge si ∣r∣≥1|r|\geq1.
- Série de Riemann : ∑n=1∞1nα\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n^\alpha} converge si α>1\alpha>1, diverge si α≤1\alpha\leq1.
- Série harmonique : ∑1/n\sum 1/n diverge.

4. Critères de convergence

Critère de comparaison : 0≤an≤bn0\leq a_n\leq b_n et ∑bn\sum b_n converge ⇒\Rightarrow ∑an\sum a_n converge.

Critère des équivalents : si an∼bna_n\sim b_n (an/bn→1a_n/b_n\to1), les séries ∑an\sum a_n et ∑bn\sum b_n ont même nature.

Critère de d'Alembert : si ∣an+1/an∣→L|a_{n+1}/a_n|\to L :
- L<1L<1 : convergence absolue
- L>1L>1 : divergence
- L=1L=1 : non concluant

Critère de Cauchy : si ∣an∣1/n→L|a_n|^{1/n}\to L, même conclusion que d'Alembert.

5. Convergence absolue

∑an\sum a_n converge absolument si ∑∣an∣\sum|a_n| converge. La convergence absolue implique la convergence.

Critère des séries alternées (Leibniz) : si (∣an∣)(|a_n|) est décroissante tendant vers 00, alors ∑(−1)nan\sum(-1)^n a_n converge.

Exercices

La série ∑n=0∞(1/2)n\sum_{n=0}^\infty (1/2)^n est égale à :

Vrai ou faux : ∑n=1∞1/n\sum_{n=1}^\infty 1/n converge.

La série ∑n−2\sum n^{-2} (série de Riemann α=2\alpha=2) :

Vrai ou faux : Si an→0a_n\to0, alors ∑an\sum a_n converge.

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