Exercice SSN 61

Exercice Publié par admin le 1 mai 2026
Bac Sciences MathĂ©matiques & LycĂ©e Suites et sĂ©ries numĂ©riques ÉnoncĂ© avec corrigĂ© dĂ©taillĂ©

Conseil méthodologique : Cherchez attentivement cet exercice au brouillon pendant 15 à 30 minutes avant de consulter la solution détaillée ci-dessous.

ÉnoncĂ© de l'exercice :

  • Étudier la nature de la sĂ©rie \[ \sum_{n \ge 2} \frac{(-1)^n}{\sqrt{n} + (-1)^n} \]
  • Solution DĂ©taillĂ©e & CorrigĂ© Pas Ă  Pas CorrigĂ© complet
    Nature de la série par développement asymptotique

    1. Développement asymptotique du terme général
      • Posons $ u_n = \frac{(-1)^n}{\sqrt{n} + (-1)^n} $. On factorise le dĂ©nominateur par son terme prĂ©pondĂ©rant $ \sqrt{n} $ : \[ u_n = \frac{(-1)^n}{\sqrt{n} \left(1 + \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}}\right)} = \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}} \left(1 + \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}}\right)^{-1} \]
      • On utilise le dĂ©veloppement asymptotique de $ (1+x)^{-1} $ en 0 Ă  l'ordre 2 : \[ \left(1 + \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}}\right)^{-1} = 1 - \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}} + \frac{((-1)^n)^2}{n} + \mathcal{O}\left(\frac{1}{n^{3/2}}\right) \]
      • En multipliant par le facteur en facteur, on obtient : \[ u_n = \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}} \left(1 - \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}} + \frac{1}{n} + \mathcal{O}\left(\frac{1}{n^{3/2}}\right)\right) \]
      • Ce qui donne aprĂšs dĂ©veloppement : \[ u_n = \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}} - \frac{1}{n} + \mathcal{O}\left(\frac{1}{n^{3/2}}\right) \]

    2. Étude par dĂ©composition
      • On dĂ©compose $ u_n $ en une somme de trois termes : \[ u_n = v_n + w_n + z_n \] avec $ v_n = \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}} $, $ w_n = - \frac{1}{n} $ et $ z_n = \mathcal{O}\left(\frac{1}{n^{3/2}}\right) $.
      • La sĂ©rie $ \sum v_n $ converge d'aprĂšs le critĂšre spĂ©cial des sĂ©ries alternĂ©es (la suite $ (1/\sqrt{n}) $ est dĂ©croissante et de limite nulle).
      • La sĂ©rie $ \sum z_n $ converge absolument car $ \frac{3}{2} > 1 $ (sĂ©rie de Riemann).
      • La sĂ©rie $ \sum w_n $ est proportionnelle Ă  la sĂ©rie harmonique divergente.
      • Par somme de deux sĂ©ries convergentes et d'une sĂ©rie divergente, la sĂ©rie $ \sum u_n $ diverge.
    Autre méthode:

    1. Étude de la sous-suite des sommes partielles
      • Si la sĂ©rie $ \sum u_n $ converge, la suite de ses sommes partielles converge, tout comme n'importe laquelle de ses sous-suites.
      • On Ă©tudie la somme de deux termes consĂ©cutifs $ v_k = u_{2k} + u_{2k+1} $ pour $ k \ge 1 $ : \[ v_k = \frac{1}{\sqrt{2k} + 1} + \frac{-1}{\sqrt{2k+1} - 1} \]
      • Mise au mĂȘme dĂ©nominateur : \begin{align*} v_k &= \frac{(\sqrt{2k+1} - 1) - (\sqrt{2k} + 1)}{(\sqrt{2k} + 1)(\sqrt{2k+1} - 1)} \\ &= \frac{\sqrt{2k+1} - \sqrt{2k} - 2}{\sqrt{2k(2k+1)} - \sqrt{2k} + \sqrt{2k+1} - 1} \end{align*}
      • Équivalent asymptotique du numĂ©rateur : La quantitĂ© $ \sqrt{2k+1} - \sqrt{2k} $ tend vers $ 0 $ (multiplication par la quantitĂ© conjuguĂ©e). Le numĂ©rateur tend donc vers $ -2 $.
      • Équivalent asymptotique du dĂ©nominateur : Le terme de plus haut degrĂ© est le produit des racines, Ă©quivalent Ă  $ \sqrt{2k} \times \sqrt{2k} = 2k $.
      • Par quotient, on obtient l'Ă©quivalent de $ v_k $ : \[ v_k \underset{k \to +\infty}{\sim} \frac{-2}{2k} = -\frac{1}{k} \]
      • La sĂ©rie $ \sum v_k $ est de signe constant (nĂ©gatif) et Ă©quivalente Ă  l'opposĂ© de la sĂ©rie harmonique. Elle est donc divergente.
      • La sous-suite des sommes partielles d'indice impair diverge. C'est une contradiction : la sĂ©rie initiale $ \sum u_n $ diverge.