Exercice 1

Partie

Question

1. Vérifier pour tout \(n \ge 0\) l'inégalité \(n\,(n-1) \le n^2\) et en déduire que pour \(n > 1\)

\(0 \le \frac{1}{n^2} \le \frac{1}{n-1}-\frac{1}{n}\)

Solution détaillée

\(n^2-n\,(n-1)=n \ge 0.\)

Pour passer à l'inverse, faire attention à ce que \(n(n-1) > 0 !\)

Question

2.On pose pour n > 0

\(u_n=\sum_{k=1}^n \frac{1}{k^2}\)

montrer que la suite \((u_n)\) est convergente et que sa limite L vérifie \(\frac{3}{2} < L \le 2.\)

Aide simple

Montrer que la suite est croissante, majorée.

Solution détaillée

En utilisant la majoration \(0 \le \frac{1}{n^2} \le \frac{1}{n-1}-\frac{1}{n}\) on obtient :

\(\sum_{k=2}^n \frac{1}{k^2} \le 1-\frac {1}{n}\) d'où \(u_n=\sum_{k=1}^n \frac{1}{k^2} \le 2-\frac {1}{n}\).La suite est donc majorée (par 2).

Comme \(u_{n+1}=u_n+\frac {1} {(n+1)^{2}}\) ,la suite est croissante.

On déduit de ces deux propriétés que la suite est convergente.

Passant à la limite : \(L \le 2 .\)

Comme la suite est croissante \(L > u_2=\frac {3}{2}.\)