Adloun

mathématiques (PCSI) · Chapitre 17 · Application directe du cours

Factorielle contre puissance

Séries numériques · B. Séries à termes positifs · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Montrer que la série converge.

Corrigé

La stratégie : aucune équivalence simple ne s'offre — on majore à la main le terme général par une série de Riemann convergente.

a) L'écriture qui décide. Le terme général s'écrit comme un produit de facteurs :

b) La majoration. Isolons les deux premiers facteurs et majorons tous les autres par , ce qui est licite car pour :

⚠️ Il faut isoler exactement deux facteurs, ni plus ni moins. Avec un seul, la majoration ne prouve rien, puisque la série harmonique diverge. Avec trois, la majoration serait encore vraie, mais inutilement forte. Deux suffisent, et c'est le nombre minimal qui franchit la frontière de Riemann.

c) Conclusion. La série converge (Riemann, ), les termes de sont positifs et majorés par les siens à partir du rang : par le théorème de comparaison des séries à termes positifs, converge.

Contrôle numérique. La majoration est atteinte en : et — l'inégalité est donc exactement optimale à ce rang, ce qui montre qu'elle n'est pas grossière. Pour : contre . La somme de la série vaut environ .

Ce que l'exercice installe. Quand ni l'équivalent ni le réflexe « » ne se présentent d'eux-mêmes, on fabrique la majoration. Le procédé « garder quelques facteurs, majorer le reste par » revient constamment dans l'étude des quotients de factorielles.

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