Expression d'une série entière avec des fonctions usuelles
Colle de mathématiques
Sujet de colle de maths:- Séries entièresSéries entières
Énoncé du sujet
On considère la série entière
.
Donner son rayon de convergence et l'exprimer en termes de fonctions usuelles.

Donner son rayon de convergence et l'exprimer en termes de fonctions usuelles.
Correction
, alors
![\[\dfrac{u_{n+1}}{u_n}=|x|\dfrac{(n+2)(n-1)}{(n+1)^2(n-2)}\underset{+\infty}{\sim}\dfrac{|x|}{n}\to0\]](/Generateur-Devoirs/Colles/SeriesEnt/exExpSE3_c/2.png)
et donc, la règle de d'Alembert montre que le rayon de convergence de la série entière vaut
.
Pour exprimer la somme, la présence de
incite à se ramener à la série de l'exponentielle.
Pour qu'il n'y ait finalement plus que des factorielles, on décompose le numérateur suivant
![\[(n+1)(n-2)=n^2-n-2=n(n-1)-2\]](/Generateur-Devoirs/Colles/SeriesEnt/exExpSE3_c/5.png)
et on a donc
![\[\begin{array}{lcl}
\dsp\sum_{n\geq 0}\frac{(n+1)(n+2)}{n!}x^n &=&\dsp\sum_{n\geq 0}\frac{n(n-1)}{n!}x^n-2\sum_{n\geq 0}\frac{1}{n!}x^n\\
&=&\dsp\sum_{n\geq 2}\frac{1}{(n-2)!}x^n-2e^x\\
&=&\displaystyle x^2\sum_{n\geq 0}\frac{1}{n!}x^n-2e^x=(x^2-2)e^x.
\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/SeriesEnt/exExpSE3_c/6.png)
Correction
Soit
![\[\dfrac{u_{n+1}}{u_n}=|x|\dfrac{(n+2)(n-1)}{(n+1)^2(n-2)}\underset{+\infty}{\sim}\dfrac{|x|}{n}\to0\]](/Generateur-Devoirs/Colles/SeriesEnt/exExpSE3_c/2.png)
et donc, la règle de d'Alembert montre que le rayon de convergence de la série entière vaut

Pour exprimer la somme, la présence de

![\[(n+1)(n-2)=n^2-n-2=n(n-1)-2\]](/Generateur-Devoirs/Colles/SeriesEnt/exExpSE3_c/5.png)
et on a donc
![\[\begin{array}{lcl}
\dsp\sum_{n\geq 0}\frac{(n+1)(n+2)}{n!}x^n &=&\dsp\sum_{n\geq 0}\frac{n(n-1)}{n!}x^n-2\sum_{n\geq 0}\frac{1}{n!}x^n\\
&=&\dsp\sum_{n\geq 2}\frac{1}{(n-2)!}x^n-2e^x\\
&=&\displaystyle x^2\sum_{n\geq 0}\frac{1}{n!}x^n-2e^x=(x^2-2)e^x.
\enar\]](/Generateur-Devoirs/Colles/SeriesEnt/exExpSE3_c/6.png)
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