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Comment étudier la convergence d'une suite à l'aide de la série télescopique (un+1un)\sum (u_{n+1}-u_n) ?

En observant que (un)(u_n) converge si et seulement si la série (un+1un)\sum (u_{n+1}-u_n) converge, puis en étudiant cette série (éventuellement par convergence absolue)

L'objectif

Prouver qu'une suite (un)(u_n) admet une limite finie en étudiant la nature de la série télescopique (un+1un)\sum (u_{n+1}-u_n) associée.

Le principe

La relation un+1=un0+k=n0n(uk+1uk)u_{n+1}=u_{n_0}+\sum_{k=n_0}^n (u_{k+1}-u_k) (somme télescopique) montre que la suite (un)(u_n) converge si et seulement si la série (un+1un)\sum (u_{n+1}-u_n) converge. Pour étudier cette série, on utilise souvent la convergence absolue : si un+1un\sum |u_{n+1}-u_n| converge, alors la série (un+1un)\sum (u_{n+1}-u_n) converge, donc (un)(u_n) converge.

La méthode
  1. 1
    Je forme la différence vn=un+1unv_n=u_{n+1}-u_n et j'écris la relation télescopique un+1=un0+k=n0nvku_{n+1}=u_{n_0}+\sum_{k=n_0}^n v_k.
  2. 2
    J'étudie la nature de la série vn\sum v_n : je majore vn|v_n| par le terme général d'une série convergente connue (géométrique de raison q<1|q|<1, exponentielle, ou autre série à termes positifs convergente admise).
    Voir
  3. 3
    Je conclus que vn\sum v_n converge (absolument), donc que la suite (un)(u_n) converge vers une limite finie.
    Voir

Exemple corrigé

Difficulté croissante de 1 à 4

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