Dév asymptotique de série harmonique (2ème terme)

Je n'arrive pas à trouver le 2ème terme en 1/12n².
J'ai trouvé un équivalent de la suite vn=tn-tn-1 avec tn=Hn-ln(n)-y-1/(2n)
Je trouve 1/(2n^3).
Mais après je n'arrive pas à trouver un équivalent de la somme partielle de 1/(2n^3).
J'ai des constantes qui m'embêtent dans ma comparaison avec intégrale.

Réponses

  • Par la formule d'Euler-MacLaurin à l'ordre $2$, on a : $$\sum_{k=1}^{n} \frac {1}{k} = \int_{1}^{n} \frac {dt}{t} + \frac {1+1/n}{2} + \frac {B_1}{2} \left ( 1 - \frac {1}{n^2}\right ) - \int_{1}^{n} \frac {B_3(t)}{t^4} \, dt = \ln n + \frac {1}{2} + \frac {1}{2n} + \frac {B_1}{2} \left ( 1 - \frac {1}{n^2}\right ) - \int_{1}^{n} \frac {B_3(t)}{t^4} \, dt,$$ où $B_1 = \dfrac {1}{6}$ est le $1$er nombre de Bernoulli et $B_3(t) = \left \{ t \right \}^3 - \dfrac{3 \left \{ t \}^2}{2} + \dfrac {\{t\}}{2}$ est la $3$ème fonction de Bernoulli. On fait tendre $n$ vers $\infty$ ce qui donne : $$\gamma = \frac {1}{2} + \frac {1}{12} - \int_{1}^{\infty} \frac {B_3(t)}{t^4} \, dt,$$ et ainsi : $$\sum_{k=1}^{n} \frac {1}{k} = \ln n + \gamma + \frac {1}{2n} - \frac {1}{12 n^2} -\int_{n}^{\infty} \frac {B_3(t)}{t^4} \, dt$$ et, en utilisant le fait que $|B_3(t)| \leqslant \frac {\sqrt 3}{36}$, on obtient : $$\left | \int_{n}^{\infty} \frac {B_3(t)}{t^4} \, dt \right | \leqslant \frac {\sqrt 3}{108 n^3},$$ puis finalement : $$\sum_{k=1}^{n} \frac {1}{k} = \ln n + \gamma + \frac {1}{2n} - \frac {1}{12n^2} + O \left ( \frac {1}{n^3} \right ).$$

    Borde.
  • Ou avec Maple qui donne un développement pour les fainéants : $\sum_{n=1}^{N} \frac{1}{n}=\ln(N)+\gamma+\frac{1}{2N}-\frac{1}{12N^2}+\frac{1}{120N^4}-\frac{1}{252N^6}+\frac{1}{240N^8}+O(\frac{1}{N^{10}})$
  • oui, bien sûr !

    On peut aussi induire une difficulté supplémentaire en élargissant le domaine de la borne supérieure de sommation. Ainsi, un bon exercice est-il de développer, disons à l'ordre $2$, la somme $\displaystyle {\sum_{n \leqslant x} \frac {1}{n}}$ avec $x \geqslant 1$ {\bf réel}, avec la convention $\sum_{n \leqslant x} = \sum_{n=1}^{[x]}$ où $[x]$ est la partie entière.

    Je ne sais pas si Maple est capable de donner ce développement, dont la réponse est : $$\sum_{n \leqslant x} \frac {1}{n} = \ln x + \gamma - \frac {\psi(x)}{x} + O \left ( \frac {1}{x^2} \right ),$$ avec $\psi(x) = B_1(x) = x - [x] - \frac {1}{2}$ est la 1ère fonction de Bernoulli.

    Borde.
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