Adloun

L'encadrement de la somme harmonique

Exercice · niveau 2 · mathématiques appliquées (ECG 2e année), chapitre 6 — Compléments sur les séries et intégrales généralisées · Comparaison série-intégrale

Énoncé

Montrer que, pour tout , .

Corrigé

La fonction est positive et décroissante sur : c'est elle qui porte les deux inégalités.

La minoration. Pour et , on a , donc . En intégrant sur cet intervalle de longueur : . On somme de à , et les intégrales se recollent par la relation de Chasles :

La majoration. Pour et , on a , donc , d'où . En sommant de à , puis en ajoutant le terme , qui vaut :

Ce qu'on en tire. , donc la somme aussi : la série harmonique diverge. Et l'encadrement dit mieux que la divergence : elle se produit exactement à la vitesse de , l'écart entre les deux bornes valant au plus .

Contrôle numérique. Pour , la somme vaut , encadrée par et .

Le point à retenir. Le terme est l'aire d'un rectangle de largeur ; on le coince entre l'aire sous la courbe à sa gauche et celle à sa droite. Toute série de terme décroissant se traite ainsi.

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