Exercice Entrainement 3 - Exercice 1

20 min
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Pour s'entrainer.
Question 1
Soit n∈N⋆n \in \mathbb{N}^\star.

Établir la convergence et déterminer la somme de la série suivante :
Sc=∑n=1+∞ln⁡((n+1)(n+2)n(n+3))S_c = \sum_{n=1}^{+\infty} \ln \left( \dfrac{(n+1) (n+2)}{n (n+3)} \right)

Correction
Pour la série ScS_c, on a :
Sc=∑n=1+∞ln⁡((n+1)(n+2)n(n+3))=lim⁡n⟶+∞∑n=1nln⁡((k+1)(k+2)k(k+3))S_c = \sum_{n=1}^{+\infty} \ln \left( \dfrac{(n+1) (n+2)}{n (n+3)} \right) = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \sum_{n=1}^{n} \ln \left( \dfrac{(k+1) (k+2)}{k (k+3)} \right)
Soit encore :
Sc=lim⁡n⟶+∞∑n=1nln⁡(k+1k+3kk+2)S_c = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \sum_{n=1}^{n} \ln \left( \dfrac{\dfrac{k+1}{k+3}}{\dfrac{k}{k+2}}\right)
En faisant usage des propriétés des logarithmes, on a :
Sc=lim⁡n⟶+∞∑n=1n[ln⁡(k+1k+3)−ln⁡(kk+2)]S_c =\lim_{n \longrightarrow + \infty} \sum_{n=1}^{n} \left[ \ln \left( \dfrac{k+1}{k+3}\right) - \ln \left( \dfrac{k}{k+2}\right) \right]
Soit encore :
Sc=lim⁡n⟶+∞∑n=1n[ln⁡(k+1k+3)−ln⁡(k+0k+2)]S_c = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \sum_{n=1}^{n} \left[ \ln \left( \dfrac{k+1}{k+3}\right) - \ln \left( \dfrac{k+0}{k+2}\right) \right]
Par simplifications successives dans l'écriture des sommes, on a :
Sc=lim⁡n⟶+∞[ln⁡(n+1n+3)−ln⁡(13)]S_c = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left[ \ln \left( \dfrac{n+1}{n+3}\right) - \ln \left( \dfrac{1}{3} \right) \right]
Qui s'écrit comme :
Sc=lim⁡n⟶+∞[ln⁡(n+1n+3)]−ln⁡(13)    ⟺    Sc=lim⁡n⟶+∞[ln⁡(nn)]+ln⁡(3)S_c = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left[ \ln \left( \dfrac{n+1}{n+3}\right)\right] - \ln \left( \dfrac{1}{3} \right) \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, S_c = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left[ \ln \left( \dfrac{n}{n} \right) \right] + \ln \left( 3 \right)
Ce qui nous donne :
Sc=lim⁡n⟶+∞[ln⁡(1)]+ln⁡(3)    ⟺    Sc=ln⁡(3)S_c = \lim_{n \longrightarrow + \infty} \left[ \ln \left( 1 \right) \right] + \ln (3) \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, S_c = \ln (3)
Donc la série ScS_c converge\textbf{converge} et sa somme vaut ln⁡(3)\ln (3).

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