Série harmonique alternée et somme de Riemann

Fin de partie
Modifié (September 2022) dans Analyse
Dans cette vidéo est exposée une méthode de calcul de la série harmonique alternée qui n'utilise pas le développement en série de la fonction $x\rightarrow \ln(1+x)$ en $x=0$.
Ci-après la transcription du calcul.
Si \begin{align}S_n=\sum_{k=1}^{2n} \frac{(-1)^{k+1}}{k}\end{align} alors \begin{align}S_n&=\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{2k-1}+\sum_{k=1}^n \underbrace{\frac{-1}{2k}}_{=\frac{1}{2k}-\frac{1}{k}}\\
&=\left(\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{2k-1}+\sum_{k=1}^n \frac{1}{2k}\right)-\sum_{k=1}^n \frac{1}{k}\\
&=\sum_{k=1}^{2n} \frac{1}{k}-\sum_{k=1}^n \frac{1}{k}=\sum_{k=n+1}^n \frac{1}{k}\\
&=\sum_{k=1}^n \frac{1}{n+k}=\frac{1}{n}\sum_{k=1}^n \frac{1}{1+\frac{k}{n}}\\
 \end{align} Or, \begin{align}\ln 2=\int_0^1 \frac{1}{1+x}dx=\lim_{n\rightarrow \infty}\frac{1}{n}\sum_{k=1}^n \frac{1}{1+\frac{k}{n}}\end{align}
Donc, \begin{align}\sum_{k=1}^\infty\frac{(-1)^{k+1}}{k}=\lim_{n\rightarrow \infty}S_n=\ln 2\end{align}

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