On a montré que
∀n∈N∗, Xn=α
2sin π
αPn
k=1(−1)k1
kα +1−1
kα −1,
et donc aussi
lim
n→+∞ α
2sin π
αn
X
k=1
(−1)k1
kα +1−1
kα −1!= − α
2sin π
α+π
2.
III. Détermination de la valeur de I(α)
7) a) Puisque α > 1, la fonction t7→1
1+tαest continue sur [0, +∞[et donc localement intégrable sur [0, +∞[. De plus,
quand ttend vers +∞,1
1+tα∼1
tα. Maintenant, puisque α > 1, la fonction t7→1
tαest intégrable sur un voisinage de
+∞et positive. On en déduit que la fonction t7→1
1+tαest intégrable sur [0, +∞[et donc que
I(α)existe.
b) Puisque α > 1, on a 0 < β < 1.
•ϕest continue sur ]0, 1], positive et équivalente en 0àtβ−1qui est intégrable sur un voisinage de 0car β−1 > −1.
Donc, ϕest intégrable sur ]0, 1].
•ψest continue sur ]0, 1], positive et équivalente en 0àt−βqui est intégrable sur un voisinage de 0car −β > −1.
Donc, ψest intégrable sur ]0, 1].
ϕet ψsont intégrables sur ]0, 1].
8) a) Soit a∈]0, 1[. On pose t=xαet donc x=t1/α =tβpuis dx =βtβ−1dt. On obtient
Z1
a
1
1+xαdx =Z1
aα
1
1+tβtβ−1dt =βZ1
aα
ϕ(t)dt.
Quand atend vers 0,aαtend vers 0et donc, les fonctions ϕet t7→1
1+tαétant intégrables sur ]0, 1], quand atend vers
0, on obtient
Z1
0
1
1+xαdx =βJ(β).
b) Soit A > 1. On pose t=x−αet donc x=t−1/α =t−βpuis dx = −βt−β−1dt. On obtient
ZA
1
1
1+xαdx =ZA−α
1
1
1+t−1(−βtβ−1)dt =βZ1
A−α
t−β
1+tdt =βZ1
A−α
ψ(t)dt.
Quand Atend vers +∞,A−αtend vers 0et donc, la fonction ψétant intégrable sur ]0, 1]et la fonction t7→1
1+tαétant
intégrable sur [1, +∞[, quand Atend vers +∞, on obtient
Z+∞
1
1
1+xαdx =βK(β).
Par la relation de Chasles, on a encore
I(α) = β(J(β) + K(β)).
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Jean-Louis Rouget, 2007. Tous droits réservés.