Soit n un nombre entier naturel non nul. Soit un le terme général d'une suite, tel que : un=k=1∑nn2+k2n
Déterminer, si elle existe, la limite ℓ=n⟶+∞limun
Correction
On a : un=k=1∑nn2+k2n=nk=1∑nn2+k21=n2nk=1∑n1+n2k21=n1k=1∑n1+(nk)21 Posons f:x⟼1+x21. Donc f(0)=1 et f(1)=21. Donc : un=n1k=1∑nf(nk) Ce qui s'écrit aussi : un=n1(−f(0)+k=0∑nf(nk))=n1(−1+k=0∑nf(nk))=n1(f(1)−1+k=0∑n−1f(nk)) Ce qui nous donne : un=n1(21−1+k=0∑n−1f(nk))=n1(−21+k=0∑n−1f(nk)) Soit encore : un=−2n1+n1k=0∑n−1f(kn1)=−2n1+n1k=0∑n−1f(0+kn1−0) Par passage à la limite, lorsque n⟶0, on a : n⟶+∞limun=n⟶+∞lim(−2n1+n1k=0∑n−1f(0+kn1−0))=−21n⟶+∞limn1+n⟶+∞lim(n1k=0∑n−1f(0+kn1−0)) Ce qui nous permet d'écrire que : n⟶+∞limun=−21×0+n⟶+∞lim(n1k=0∑n−1f(0+kn1−0))=n⟶+∞lim(n1k=0∑n−1f(0+kn1−0)) En faisant maintenant appelle à une somme de Riemann on obtient alors : n⟶+∞limun=n⟶+∞lim(n1k=0∑n−1f(0+kn1−0))=∫01f(x)dx=∫011+x21dx Ainsi : n⟶+∞limun=[arctan(x)]01=arctan(1)−arctan(0)=arctan(tan(4π))−arctan(tan(0))=4π−0 Finalement : ℓ=n⟶+∞limun=4π
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