Séries numériques et généralités

▶  Seˊries numeˊriques et geˊneˊraliteˊs\color{red}{\blacktriangleright \,\, \textbf{Séries numériques et généralités}}
On désigne par K\mathbb{K} l'ensemble R\mathbb{R} ou C\mathbb{C} ou une partie de R\mathbb{R} ou C\mathbb{C}. Les éléments de K\mathbb{K} s'appellent des scalaires.
        ■  Deˊfinitions\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \,\, \textbf{Définitions}}
On note par (an)n∈N(a_n)_{n \in \mathbb{N}} une suite d'éléments de K\mathbb{K}.
On appelle seˊrie\color{red}{\textbf{série}} de terme général ana_n , le couple de suites ((an)n∈N ; (sn)n∈N)\big( (a_n)_{n \in \mathbb{N}} \,;\, (s_n)_{n \in \mathbb{N}} \big) où sn=∑i=1nais_n = \sum_{i=1}^{n} a_i.
La suite (sn)n∈N(s_n)_{n \in \mathbb{N}} s'appelle la suite des somme partielles de la série de terme général ana_n.
On dit que la série converge sui la suite (sn)n∈N(s_n)_{n \in \mathbb{N}} converge. Dans le cas contraire, on dit que la série diverge.
Lorsque la série converge la quantité lim⁡n⟶+∞sn\lim_{n \longrightarrow +\infty} s_n s'appelle la somme de cette série, et se note :
lim⁡n⟶+∞sn=∑n=0+∞an\lim_{n \longrightarrow +\infty} s_n = \sum_{n=0}^{+\infty} a_n
−- Bien souvent, pour des raisons de simplifications, on note ∑i=0∞ai\sum_{i=0}^{\infty} a_i la série de terme général aia_i sans savoir si elle converge ou non. Conformément à cet usage, nous utiliserons cette notation.
−- Comme pour les suites, il est possible de modifier la définition d'une série en considérant des sommes du type ∑n=n0∞an\sum_{n=n_0}^{\infty} a_n avec n0∈N⋆n_0 \in \mathbb{N}^{\star}.
Si une série ∑i=0∞ai\sum_{i=0}^{\infty} a_i converge alors, ∀n∈N\forall n\in \mathbb{N}, la série Rn=∑i=n+1∞ai R_n = \sum_{i=n+1}^{\infty} a_i converge également, et on a alors lim⁡n⟶+∞Rn=0\lim_{n \longrightarrow +\infty} R_n = 0.
La série RnR_n s'appelle le reste d'ordre nn de la série ∑i=0∞ai\sum_{i=0}^{\infty} a_i.
        ■■  Somme de seˊries\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \,\, \textbf{Somme de séries}}
Soient ∑n=0∞an\sum_{n=0}^{\infty} a_n et ∑n=0∞bn\sum_{n=0}^{\infty} b_n deux séries de nombres réels ou complexes. On désigne par λ\lambda un scalaire.
On appelle somme des séries ∑n=0∞an\sum_{n=0}^{\infty} a_n et ∑n=0∞bn\sum_{n=0}^{\infty} b_n la série ∑n=0∞(an+bn)\sum_{n=0}^{\infty} ( a_n + b_n)
Si les deux séries ∑n=0∞an\sum_{n=0}^{\infty} a_n et ∑n=0∞bn\sum_{n=0}^{\infty} b_n sont convergentes alors la série ∑n=0∞(an+bn)\sum_{n=0}^{\infty} ( a_n + b_n) est également convergente on a :
∑n=0∞an+∑n=0∞bn=∑n=0∞(an+bn)\sum_{n=0}^{\infty} a_n + \sum_{n=0}^{\infty} b_n = \sum_{n=0}^{\infty} ( a_n + b_n)
        ■■■  Produit de seˊrie par un scalaire\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \blacksquare\,\, \textbf{Produit de série par un scalaire}}
Soit ∑n=0∞an\sum_{n=0}^{\infty} a_n une série de nombres réels ou complexes. On désigne par λ\lambda un scalaire.
On appelle produit de la série ∑n=0∞an\sum_{n=0}^{\infty} a_n par le scalaire λ\lambda la série ∑n=0∞(λan)\sum_{n=0}^{\infty} ( \lambda a_n )
Si la série ∑n=0∞an\sum_{n=0}^{\infty} a_n est convergente alors la série ∑n=0∞(λan)\sum_{n=0}^{\infty} ( \lambda a_n ) est également convergente on a :
∑n=0∞(λan)=λ∑n=0∞an\sum_{n=0}^{\infty} ( \lambda a_n ) = \lambda \sum_{n=0}^{\infty} a_n
        ■■■■  Theˊoreˋme sur la convergence d’une seˊrie et la convergence d’une inteˊgrale\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare\,\, \textbf{Théorème sur la convergence d'une série et la convergence d'une intégrale}}
Soit aa un nombre entier naturel. Soit f:[a ; +∞[⟶Rf : [a \,;\ + \infty[ \longrightarrow \mathbb{R} une fonction numérique continue, positive et décroissante. Dans ce cas, l'intégrale ∫a+∞f(x) dx\int_a^{+\infty} f(x) \, dx et la série ∑n=a+∞f(n)\sum_{n=a}^{+\infty} f(n) sont de même nature.
Ceci nous permet d'obtenir le théorème suivant relatif aux séries de Riemann ∑n=1+∞1nα\sum_{n=1}^{+\infty} \dfrac{1}{n^\alpha}, avec α∈R\alpha \in \mathbb{R}.
        ■■■■■  Theˊoreˋme sur la convergence des seˊries de Riemann\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare\,\, \textbf{Théorème sur la convergence des séries de Riemann}}
La série de Riemann ∑n=1+∞1nα\sum_{n=1}^{+\infty} \dfrac{1}{n^\alpha} converge si et seulement si α>1\alpha > 1.

        ■■■■■■  Le criteˋre de Cauchy\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare\,\, \textbf{Le critère de Cauchy}}
Ce critère donne une condition nécessaire et suffisante de convergence d'une série de termes réels ou complexes, sans qu'on en connaise sa limite. Il s'énonce ainsi :
Soit ∑n=0+∞an\sum_{n=0}^{+\infty} a_n une série de nombres réels ou complexes. Cette série converge si et seulement si elle satisfait à l'assertion suivante :
∀ε>0,  ∃N∈N,  p⩾N,  q⩾p ⟹ ∣∑i=p+∞ai∣<ε\forall \varepsilon > 0, \,\, \exist N \in \mathbb{N}, \,\ p \geqslant N, \,\, q \geqslant p \, \Longrightarrow \, \left\vert \sum_{i=p}^{+\infty} a_i \right\vert < \varepsilon
Les nombres réels ou complexes ∑i=p+∞ai\sum_{i=p}^{+\infty} a_i sont appelés les tranches de Cauchytranches \, de \, Cauchy de la série.
On a alors le corollaire\color{black}\bf{corollaire} suivant : le terme général d'une série convergente tend vers 00 lorsque nn tend vers l'infini.
        ■■■■■■■  Convergence abolue\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare\,\, \textbf{Convergence abolue}}
▶  Deˊfinition\color{green}{\blacktriangleright \,\, \textbf{Définition}}
On dit que la série de terme général ana_n est absolument convergente si la série de terme général ∣ an ∣|\, a_n \,| converge.
De fait, toute seˊrie absolument convergente est convergente{\color{red}{\textbf{toute série absolument convergente est convergente}}}.
La réciproque de ce résultat est fausse. Il suffit de considérer le cas de la série ∑n=1+∞(−1)nn\sum_{n=1}^{+\infty} \dfrac{(-1)^n}{n} qui converge alors que la série (dite harmonique) ∑n=1+∞1n\sum_{n=1}^{+\infty} \dfrac{1}{n} qui diverge.
        ■■■■■■■■  Seˊrie geˊomeˊtrique\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare\,\, \textbf{Série géométrique}}
▶  Deˊfinition\color{green}{\blacktriangleright \,\, \textbf{Définition}}
Soit rr un nombre complexe. La série géométrique de raison rr est la série ∑n=1+∞rn\sum_{n=1}^{+\infty} r^n
▶  Theˊoreˋme\color{green}{\blacktriangleright \,\, \textbf{Théorème}}
La série géométrique de raison rr converge si et seulement si ∣ r ∣<1|\, r \,| < 1. Dans ce cas sa somme vaut 11−r\dfrac{1}{1-r}.

        ■■■■■■■■■  Seˊrie semi-convergente\color{blue}{\,\,\,\,\,\,\,\,\blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare \blacksquare\,\, \textbf{Série semi-convergente}}
Une série de terme général ana_n est dite semi-convergente{\color{red}{\textbf{semi-convergente}}} si la série converge mais ne converge pas absolument : ∑n=0+∞an\sum_{n=0}^{+\infty} a_n converge mais ∑n=0+∞∣ an ∣\sum_{n=0}^{+\infty} | \, a_n \, | diverge.

Signaler une erreur

Aide-nous à améliorer nos contenus en signalant les erreurs ou problèmes que tu penses avoir trouvés.

Connecte-toi ou crée un compte pour signaler une erreur.