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Exercice corrigé : Encadrement de ln(1 + 1/n) et limite de (1 + 1/n)^n

Utiliser la concavité de $\ln$Encadrer et utiliser le théorème des gendarmesCalculer une somme télescopique
  1. Justifier, à l'aide de la concavité de la fonction $\ln$, que pour tout réel $x>0$ : $\ln x\leqslant x-1$.
  2. En appliquant l'inégalité précédente au réel $\frac1x$, montrer que pour tout réel $x>0$ : $\ln x\geqslant1-\dfrac1x$.
  3. En déduire que, pour tout entier $n\geqslant1$ : $$\frac1{n+1}\leqslant\ln\left(1+\frac1n\right)\leqslant\frac1n.$$
  4. En déduire $\lim_{n\to+\infty}n\ln\left(1+\dfrac1n\right)$, puis $\lim_{n\to+\infty}\left(1+\dfrac1n\right)^n$.
  5. Pour $n\geqslant1$, on pose $H_n=\displaystyle\sum_{k=1}^{n}\frac1k$. Montrer que $\displaystyle\sum_{k=1}^{n}\ln\left(1+\frac1k\right)=\ln(n+1)$, puis que $\lim_{n\to+\infty}H_n=+\infty$.

Le cours associé

Fonction logarithme népérien

Notions à revoir

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