4CHAPITRE 1. SÉRIES NUMÉRIQUES FSR / SMP(S4)
entière de ln n
ln 2 , m =E(ln n
ln 2 ), on obtient m ≤ln n
ln 2 <m+1et donc m ln(2)≤
ln(n). En appliquant exqui est une fonction croissante, on voit que
2m≤n.
Par suite
Sn=
n
∑
k=1
1
k≥
2m
∑
k=1
1
k.
Or
2m
∑
k=1
1
k=1+1
2+ (1
3+1
4) + (1
5+···+1
8) + ···+ ( 1
2m−1+1+···+1
2m)
≥1+1
2+2·1
4+4·1
8+···+2m−11
2m=1+m
2−→ ∞
Par conséquent Sn≥1+m
2. Il en résulte donc que la série ∑1
ndiverge.
Résultat fondamental : La série ∑1
nest divergente.
2. Série géométrique ∑
n≥0an:
La suite des sommes partielles est donnée par Sn=1+a+···+an. Alors, on a
Sn+1=1+a+···+an+1=1+a(1+···+an) = 1+aSn.
D’autre part, on a an+1=Sn+1−Snet donc
an+1=1+aSn−Sn=1+ (a−1)Sn.
Si |a| 6=1on a Sn=an+1−1
a−1et s’en suit alors que Sndiverge si |a|>1et
converge si |a|<1. Dans ce dernier cas on a Sn→1
a−1.Enfin, la série diverge si
a=±1. En effet pour a =1, il est clair que Sn=n−→ +∞. Pour a =−1, le
terme général an= (−1)nne tend pas vers zero et donc la série diverge d’après la
condition nécessaire de convergence des séries numériques.
Résultat fondamental :
La série ∑
n≥0anconverge si et seulement si |a|<1et sa somme est +∞
∑
n=0
1
a−1.