Convergence absolue et semi-convergence, cours de premier cycle universitaire

F.Gaudon

9 août 2005

Table des matières

1 Convergence absolue
2 Semi-convergence
 2.1 Définition
 2.2 Cas des séries alternées
  2.2.1 Théorème pour l’étude de séries alternées
  2.2.2 Utilisation d’un développement asymptotique pour l’étude des séries alternées
  2.2.3 Evaluation du reste de séries alternées
 2.3 Sommation par paquets

Dans ce qui suit, K désigne le corps des réels ou celui des complexes.

1 Convergence absolue

Définition :


On dit qu’une série  sum n>0un à termes dans K est absolument convergente si sum n>0|un| converge.


Théorème :


Soit  sum un une série à termes dans K. Si  sum un converge absolument alors sum un converge et :

  sum          sum 
|    un|<     |un|
 n>0       n>0

Proposition :


Si  sum un et  sum vn sont absolument convergentes, alors pour tout c  (- K, sum n>0un + cvn est absolument convergente.


2 Semi-convergence

2.1 Définition

Définition :


Une série convergente non absolument convergente est dite semi-convergente.


2.2 Cas des séries alternées

Définition :


On dit qu’une série  sum un à termes réels est alternée si la suite ((-1)nu n)n est de signe constant.


2.2.1 Théorème pour l’étude de séries alternées

Théorème :


Soit  sum un une série à termes réels alternée. Si (|un|)n est décroissante et tend vers 0 quand n tend vers l’infini, alors  sum un converge.


Exemple :

 sum        n
    (- V~ -1)-
n>1    n

2.2.2 Utilisation d’un développement asymptotique pour l’étude des séries alternées

Exemple :

 sum           n
     V~ -(--1)----
      n + (- 1)n
n>2

2.2.3 Evaluation du reste de séries alternées

Proposition :


Si la série réelle  sum un est alternée, telle que (|un|)n décroît et tend vers 0, alors d’après le théorème sur les séries alternées, elle converge et son reste Rn d’ordre n vérifie :

 A n  (-  N |Rn |< |un+1 |
avec Rn =  sum k>n+1uk.

2.3 Sommation par paquets

Définition :


Soit  sum un une série. On appelle extractrice toute application s : N--->N strictement croissante.


Définition :


Notons, pour tout n  (- N,vn =  sum k=s(n)s(n+1)-1u ks est une extractrice. On dit que la série  sum vn a été obtenue par groupement de termes à partir de la série  sum un. Les vn sont souvent appelés paquets, s(n + 1) - s(n) s’appelle la longueur du paquet vn.


Proposition :


Si  sum un converge, alors  sum vn converge et  sum n=0+ oo v n =  sum k=s(0)+ oo u k.


Théorème de groupement de termes :


Soient  sum n>0un une série à termes dans K et s : N--->N une application strictement croissante ; on note, pour n  (- N,vn =  sum k=s(n)s(n+1)-1u k. Si (un)n tend vers 0 quand n tend vers l’infini et si (s(n+1)-s(n))n est bornée, alors les séries  sum n>0un et  sum n>0vn sont de même nature et, dans le cas de convergence, on a :  sum n=0+ oo v n =  sum k=s(0)+ oo u k