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mathématiques MPSI · Chapitre 17 · Application directe du cours

Étudier la suite définie pour n ≥ 1 par…

Séries numériques et familles sommables · A. Convergence, géométriques, télescopiques · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Étudier la suite définie pour par Converge-t-elle ? Si oui, on encadrera sa limite entre deux constantes explicites.

Corrigé

Stratégie : passer au logarithme pour transformer le produit en série, puis conclure sur la série. C'est le lien suite–série pris dans le sens le plus utile.

1) Le passage au logarithme est licite. Chaque facteur est , donc et l'on peut poser La suite converge vers une limite si et seulement si converge, c'est-à-dire si et seulement si la série converge (par continuité de et de ).

2) La série converge. Son terme général est positif, et Or est une série de Riemann avec : elle converge. Par le théorème des équivalents (licite, termes positifs), converge. Donc et

⚠️ Le point délicat : converger n'est pas converger vers . Un produit infini peut « converger » au sens où ses facteurs tendent vers et pourtant exploser — c'est ce qui arrive à , dont le logarithme est la série divergente du n° 2. Tout se joue sur la nature de , donc sur celle de , pas sur la seule convergence des facteurs vers .

3) L'encadrement. La suite est croissante (on multiplie par un facteur ), donc . Pour la majoration, l'inégalité de concavité () donne d'où et la limite vit dans cet intervalle.

Contrôle numérique. , bien dans . Un calcul à facteurs donne — et l'on peut prouver (hors programme) que la limite exacte est ✓

Ce que l'exercice installe : un produit s'étudie par son logarithme, et une suite s'étudie par la série de ses accroissements. C'est le mouvement inverse du n° 2, et il resservira tel quel pour la formule de Stirling.

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