calculus

Série (somme infinie)

Une série est la somme d’une suite — finie ou infinie. Qu’une série infinie totalise un nombre fini est déterminé par des critères de convergence.

Une série est la somme des termes d’une suite. La série finie i=1nai=a1+a2++an\sum_{i=1}^n a_i = a_1 + a_2 + \cdots + a_n est une simple addition ordinaire. La série infinie i=1ai\sum_{i=1}^\infty a_i est la limite des sommes partielles Sn=i=1naiS_n = \sum_{i=1}^n a_i lorsque nn \to \infty.

Si limnSn\lim_{n\to\infty} S_n existe et est fini, la série converge ; sinon elle diverge. Exemples célèbres :

  • La série géométrique rn\sum r^n converge vers 11r\frac{1}{1-r} lorsque r<1|r| < 1.
  • La série harmonique 1n\sum \frac{1}{n} diverge (lentement).
  • Problème de Bâle : 1n2=π26\sum \frac{1}{n^2} = \frac{\pi^2}{6}.

La convergence se décide à l’aide de critères : critère du rapport (d’Alembert), critère de la racine (Cauchy), critère intégral, critère de comparaison, critère des séries alternées. Les séries de Taylor approchent les fonctions par des polynômes de degré arbitrairement élevé — le fondement de l’analyse numérique et des approximations en physique.