Déterminer le rayon de convergence R et la somme (pour ∣x∣<R) de la série entière suivante : S(x)=n=0∑+∞n+1n3+n+3xn - Exercice 1
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Question 1
Soit n un nombre entier naturel. Déterminer le rayon de convergence R et la somme (pour ∣x∣<R) de la série entière suivante : S(x)=n=0∑+∞n+1n3+n+3xn.
Correction
Utilisons la règle de D'Alembert. On pose an=n+1n3+n+3, et on a : n⟶+∞lim∣∣anan+1∣∣=n⟶+∞lim∣∣n+1n3+n+3(n+1)+1(n+1)3+(n+1)+3∣∣ Soit : n⟶+∞lim∣∣anan+1∣∣=n⟶+∞lim∣∣n+1n3+n+3n+2(n+1)3+n+1∣∣=n⟶+∞lim∣∣nn3n(n+1)3∣∣=n⟶+∞lim∣∣n3(n+1)3∣∣ Ainsi : n⟶+∞lim∣∣anan+1∣∣=n⟶+∞lim∣∣(nn+1)3∣∣=n⟶+∞lim∣∣(1+n1)3∣∣=n⟶+∞lim∣∣(1+0)3∣∣ Donc, on obtient : n⟶+∞lim∣∣anan+1∣∣=1⟹R=1 En effectuant la division euclidienne de n3+n+3 par n+1, on obtient : n3+n+3=(n+1)(n2−n+2)+1⟺n+1n3+n+3=n2−n+2+n+11 Soit encore : n+1n3+n+3=(n−1)n+2+n+11 Ce qui nous permet d'écrire que : S(x)=n=0∑+∞((n−1)n+2+n+11)xn=n=0∑+∞(n−1)nxn+2n=0∑+∞xn+n=0∑+∞n+1xn Soit encore : S(x)=x2n=0∑+∞(n−1)nxn−2+2n=0∑+∞xn+x1n=0∑+∞n+1xn+1 Ce qui nous permet d'écrire que : S(x)=x2n=0∑+∞dx2d2(xn)+21−x1−x1(−n=1∑+∞nxn) Par convergence uniforme, pour −1<x<1, mais avec pour x=0, on a la permutation suivante : S(x)=x2dx2d2n=0∑+∞xn+1−x2−x1ln(1−x) D'où : S(x)=x2dx2d2(1−x1)+1−x2−x1ln(1−x) Soit encore : S(x)=x2((1−x)32)+1−x2−x1ln(1−x) Finalement, on obtient, pour x=0, la somme suivante : S(x)=n=0∑+∞n+1n3+n+3xn=(1−x)32x2+1−x2−xln(1−x) Mais, on a : x⟶0±limS(x)=x⟶0±lim((1−x)32x2+1−x2−xln(1−x))=0+2−(−1)=3 En effectuant un prolongement par continuité en x=0, en posant S(x=0)=3, on peut écrire que : ∀x∈]−1;1[,S(x)=n=0∑+∞n+1n3+n+3xn=(1−x)32x2+1−x2−xln(1−x)
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