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Déterminer le rayon de convergence RR de la série S(x)=n=0+n!xn2S(x) = \sum_{n=0}^{+\infty} n! x^{n^2} - Exercice 1

30 min
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Question 1

Soit nn un nombre entier naturel.
Déterminer le rayon de convergence RR de la série S(x)=n=0+n!xn2S(x) = \sum_{n=0}^{+\infty} n! x^{n^2}

Correction
Utilisons la règle de D'Alembert. On pose un(x)=n!xn2u_n(x) = n! x^{n^2}, et on a :
limn+un+1(x)un(x)=limn+(n+1)!x(n+1)2n!xn2=limn+(n+1)x(n+1)2xn2\lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| \dfrac{u_{n+1}(x)}{u_n(x)} \right| = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| \dfrac{ (n+1)! x^{(n+1)^2} }{ n! x^{n^2} } \right| = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| (n+1) \dfrac{x^{(n+1)^2}}{x^{n^2}} \right|
Soit :
limn+un+1(x)un(x)=limn+(n+1)x(n+1)2xn2=limn+(n+1)x(n+1)2n2\lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| \dfrac{u_{n+1}(x)}{u_n(x)} \right| = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| (n+1) x^{(n+1)^2} x^{-n^2} \right| = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| (n+1) x^{(n+1)^2-n^2} \right|
D'où :
limn+un+1(x)un(x)=limn+(n+1)x2n+1\lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| \dfrac{u_{n+1}(x)}{u_n(x)} \right| = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| (n+1) x^{2n+1} \right|
Comme nN,n+1>0n\in \mathbb{N}, \,\, n+1>0, donc on a :
limn+un+1(x)un(x)=limn+(n+1)x2n+1\lim_{n \longrightarrow + \infty} \left| \dfrac{u_{n+1}(x)}{u_n(x)} \right| = \lim_{n \longrightarrow + \infty} (n+1) \left| x^{2n+1} \right|
Or cette dernière limite est finie si x<1|x|<1, donc si 1<x<1-1<x<1. Autrement dit le rayon de convergence RR de cette série est :
R=1R = 1

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