Déterminer le rayon de convergence de la série entière n=1∑+∞xnln(n). - Exercice 1
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Question 1
Soit n un nombre entier naturel non nul. Déterminer le rayon de convergence de la série entière n=1∑+∞xnln(n). Puis, étudier ce qui se passe sur la bord du disque de convergence.
Correction
Faisons usage de la règle de D'Alembert. Pour tout nombre entier naturel non nul n, posons an=ln(n)⩾0. On a alors : n⟶+∞lim∣an∣∣an+1∣=n⟶+∞limanan+1=n⟶+∞limln(n)ln(n+1) Or, on a : ln(n)ln(n+1)=ln(n)ln(n(1+n1))=ln(n)ln(n)+ln(1+n1) Lorsque n va tendre vers +∞, on aura de fait ln(n)=0. Donc, lorsque n⟶+∞, on a : ln(n)ln(n+1)+∞∼1+ln(n)ln(1+n1) Soit encore : ln(n)ln(n+1)+∞∼1+ln(n)n1 Ainsi, on obtient : ln(n)ln(n+1)+∞∼1+nln(n)1 Mais, par croissances comparées, on sait que : n⟶+∞limnln(n)1=0 Donc, on obtient : ln(n)ln(n+1)+∞∼1+0=1 Ainsi : n⟶+∞lim∣an∣∣an+1∣=1 On peut donc affirmer que la rayon de convergence de la série entière proposée est R=1. Puis, lorsque ∣x∣=1, nous sommes naturellement conduit à nous intéresser à la série numérique n=1∑+∞ln(n). Or, sur R+⋆, la fonction ln est strictement croissante et, sur [1;+∞[, cette fonction est positive. De fait la série numérique n=1∑+∞ln(n) est divergente. On peut donc affirmer que la série entière proposée est convergente pour −1<x<1.
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