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Séries numériques

Exercice Entrainement 10 - Exercice 1

20 min
35
Encore !!
Question 1
Soit nn un nombre entier naturel supérieur ou égal à 22.

Étudier la convergence absolue de la série suivante Sj=n=2+(1)n12nlnπ(n)S_j = \sum_{n=2}^{+\infty} \dfrac{(-1)^{n-1}}{2n \ln^\pi(\sqrt{n}) }

Correction
Utilisons la convergence absolue. On a :
n=2+(1)n1nln2(n)=n=2+1nln2(n)\sum_{n=2}^{+\infty} \left| \dfrac{(-1)^{n-1}}{n \ln^2(n)} \right| = \sum_{n=2}^{+\infty} \dfrac{1}{n \ln^2(n)}
Utilisons maintenant la comparaison avec l'intégrale impropre associée. On a alors :
2+1xln2(x)dx=limb+2b1xln2(x)dx=limb+2b1xln2(x)dx\int_{2}^{+\infty} \dfrac{1}{x \ln^2(x)} \, dx = \lim_{b \longrightarrow + \infty} \int_{2}^{b} \dfrac{1}{x \ln^2(x)} \, dx = \lim_{b \longrightarrow + \infty} \int_{2}^{b} \dfrac{\dfrac{1}{x}}{\ln^2(x)} \, dx
Ainsi :
2+1xln2(x)dx=limb+2b1xln2(x)dx=limb+[1ln(x)]2b\int_{2}^{+\infty} \dfrac{1}{x \ln^2(x)} \, dx = - \lim_{b \longrightarrow + \infty} \int_{2}^{b} - \dfrac{\dfrac{1}{x}}{\ln^2(x)} \, dx = - \lim_{b \longrightarrow + \infty} \left[ \dfrac{1}{\ln(x)}\right]_{2}^{b}
D'où :
2+1xln2(x)dx=limb+1ln(b)+1ln(2)=0+1ln(2)=1ln(2)\int_{2}^{+\infty} \dfrac{1}{x \ln^2(x)} \, dx = - \lim_{b \longrightarrow + \infty} \dfrac{1}{\ln(b)} + \dfrac{1}{\ln (2)} = 0 + \dfrac{1}{\ln (2)} = \dfrac{1 }{\ln (2)}
Donc l'intégrale impropre associée à la série des valeurs absolues converge. De ce fait la série des valeurs absolues converge et la série étudiée SjS_j est absolument convergente, donc automatiquement SjS_j est de nature convergente.