Déterminer la rayon de convergence de la série entière n=0∑+∞(n+1)2n1x2n+1. - Exercice 1
40 min
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Question 1
Soit n un nombre entier naturel. Déterminer la rayon de convergence de la série entière n=0∑+∞(n+1)2n1x2n+1.
Correction
Nous allons faire usage de la règle de Cauchy. Pour tout nombre entier naturel n, on pose 2n+1=p. Ainsi n=2p−1. Donc : n+1=2p−1+1=2p−1+22=2p−1+2=2p+1 On constate que lorsque n=0 alors p=1 et lorsque n⟶+∞ alors p⟶+∞. De fait, on a alors : n=0∑+∞(n+1)2n1x2n+1=p=1∑+∞2p+122p−11xp=p=1∑+∞(p+1)×2−1×22p−11xp=p=1∑+∞(p+1)22p−1−11xp Soit : n=0∑+∞(n+1)2n1x2n+1=p=1∑+∞(p+1)22p−1−221xp=p=1∑+∞(p+1)22p−1−21xp=p=1∑+∞(p+1)22p−31xp Ainsi, pour tout entier naturel non nul p, posons ap=(p+1)22p−31>0. On a alors : p⟶+∞limp∣ap∣=p⟶+∞limpap=p⟶+∞limp(p+1)22p−31=p⟶+∞lim((p+1)22p−31)p1=p⟶+∞lim(p22p1)p1=p⟶+∞lim(p2p1)p1 Soit : p⟶+∞limp∣ap∣=p⟶+∞lim(p1×2p1)p1=p⟶+∞lim(pp11×2pp11)=p⟶+∞lim(pp11×211)=21p⟶+∞limpp11 Puis, posons X=p1. Si p⟶+∞ alors X⟶0. Donc, on a (avec les croissances comparées) : p⟶+∞limpp11=X⟶0limXX=X⟶0limeln(XX)=X⟶0limeXln(X)=eX⟶0limXln(X)=e0=1 Ceci nous permet d'obtenir : p⟶+∞limp∣ap∣=21×1=21 Ainsi, le rayon de convergence de la série entière proposée est R=211=2.
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