mathématiques (PCSI) · Chapitre 5 · Application directe du cours
Une somme dont le nombre de termes varie
Nombres réels et suites numériques · B. Limites : définitions, opérations, comparaison · niveau 2
Énoncé
Déterminer la limite de .
Corrigé
Stratégie : encadrer les termes par le plus petit et le plus grand d'entre eux, puis appliquer le théorème d'encadrement.
1) L'encadrement d'un terme. Pour :
La racine carrée est croissante, et le passage à l'inverse sur des nombres strictement positifs renverse l'ordre :
2) L'encadrement de la somme. Il y a exactement termes ; en sommant les inégalités :
3) Les deux bornes tendent vers . On factorise sous chaque racine, en se souvenant que pour :
Par le théorème d'encadrement, .
⚠️ On ne peut surtout pas raisonner terme à terme. Chaque terme tend vers quand grandit — mais le nombre de termes tend vers l'infini au même moment. Une somme de « beaucoup de petites choses » n'est pas petite : ici elle tend vers . C'est précisément parce que l'encadrement porte sur la somme entière, et non sur ses termes, qu'il est concluant.
Contrôles numériques. , , : la convergence vers est visible, et l'écart se comporte comme — ce que l'encadrement laissait prévoir, puisque . L'encadrement lui-même a été vérifié numériquement pour tous les jusqu'à . ✔
Ce que l'exercice installe. Face à une somme dont le nombre de termes dépend de , le premier réflexe est l'encadrement par fois le plus petit terme et fois le plus grand. C'est aussi le premier pas vers les sommes de Riemann : on reconnaîtra plus tard dans une somme qui approche une intégrale.
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