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Cours : Séries numériques › Erreurs fréquentes
Prépa · MPSI / MP2I

Erreurs fréquentes : Séries numériques (Prépa, 1re année)

Une série est une manière d'additionner une infinité de nombres en donnant un sens précis au mot « somme ». Ce chapitre fournit les outils pour décider si une telle somme existe et, parfois, pour la calculer ou l'estimer.

Erreur

Conclure qu'une série converge parce que son terme général tend vers $0$.

Ce qu'il faut écrire

La condition $u_n\to0$ est nécessaire mais pas suffisante : $\sum\frac1n$ diverge alors que $\frac1n\to0$. Le critère de divergence grossière ne sert qu'à prouver une divergence.

Erreur

Utiliser le critère des équivalents pour des termes de signe non constant, par exemple déduire la nature de $\sum\left(\frac{(-1)^n}{\sqrt n}+\frac1n\right)$ de celle de $\sum\frac{(-1)^n}{\sqrt n}$.

Ce qu'il faut écrire

Les comparaisons $\le$, $O$, $o$, $\sim$ ne s'appliquent qu'à des séries à termes positifs (au moins à partir d'un rang). Pour un signe quelconque, on passe par la convergence absolue ou par un développement asymptotique séparant une partie de nature connue.

Erreur

Écrire $\sum_{n=0}^{+\infty}(u_n+v_n)=\sum_{n=0}^{+\infty}u_n+\sum_{n=0}^{+\infty}v_n$ sans savoir si les séries convergent, ou manipuler $\sum_{n=0}^{+\infty}u_n$ avant d'avoir prouvé la convergence.

Ce qu'il faut écrire

On raisonne sur les sommes partielles finies, où tout est permis, puis on passe à la limite. La linéarité de la somme n'est valable que pour des séries convergentes.

Erreur

Appliquer la comparaison série-intégrale sans vérifier la monotonie de $f$, ou se tromper dans le sens des inégalités.

Ce qu'il faut écrire

Le théorème exige $f$ positive et monotone. On justifie la monotonie (souvent par la dérivée) et on fait un dessin des rectangles : pour $f$ décroissante, $\int_k^{k+1}f\le f(k)\le\int_{k-1}^kf$.

Erreur

Croire que $\sum\frac1{n^\alpha}$ converge pour $\alpha\ge1$, ou que $\sum\frac{1}{n\ln n}$ converge parce que son terme est négligeable devant $\frac1n$.

Ce qu'il faut écrire

La série de Riemann converge si et seulement si $\alpha>1$ strictement ; la série harmonique diverge. Être $o\left(\frac1n\right)$ ne suffit pas : il faut être dominé par $\frac1{n^\alpha}$ avec $\alpha>1$, ou conclure par une comparaison série-intégrale.

Erreur

Oublier le premier terme dans une somme géométrique : écrire $\sum_{n=2}^{+\infty}q^n=\frac{1}{1-q}$.

Ce qu'il faut écrire

On a $\sum_{n=n_0}^{+\infty}q^n=\frac{q^{n_0}}{1-q}$ pour $|q|<1$ : « premier terme divisé par $1-q$ ».

Erreur

Penser que la convergence entraîne la convergence absolue.

Ce qu'il faut écrire

C'est l'inverse : absolument convergente implique convergente. La série $\sum\frac{(-1)^{n+1}}n$ converge sans converger absolument.

Erreur

Affirmer que $0{,}999\ldots<1$ ou que tout réel a un unique développement décimal sans condition.

Ce qu'il faut écrire

$\sum_{n\ge1}\frac9{10^n}=1$. L'unicité n'a lieu que pour le développement propre, c'est-à-dire non stationnaire à $9$ ; les décimaux non nuls admettent en plus un développement impropre.