Équivalent.

Salut à tous.

Je suis à la Bu donc je vous écris depuis mon téléphone.

Somme de 2 jusqu’à N-1 de 1/log(n) est équivalent à N/log(N).

Avez vous une preuve franchement je sèche ( j’ai essayé la définition et comparaison série intégrale)! Merci de me débloquer.

Réponses

  • Bonjour,

    La comparaison série intégrale doit donner un équivalent sous forme d'intégrale.
    On peut essayer d'avoir un équivalent de cette intégrale en intégrant par parties.

    De façon équivalente, on peut travailler directement sur la série avec une transformation d'Abel.

    Comme il s'agit de vérifier que la suite donnée est bien un équivalent, on peut « tricher » en vérifiant :
    \[\frac{n}{\ln(n)} - \frac{n-1}{\ln(n-1)} \sim \frac{1}{\ln(n)}.\]
  • L'outil de base :

    Soient $a <b$ entiers et $f : \left [a,b \right] \rightarrow \mathbb{R}$ monotone. Alors
    $$\sum_{a < k \leqslant b} f(k) = \int_a^b f(t) \textrm{d}t + O \left( \left |f(a) \right|+ \left|f(b) \right | \right).$$

    Ici :
    $$\sum_{k=2}^{n} \frac{1}{\log k} = \int_2^{n} \frac{\textrm{d}t}{\log t} + O ( 1) = \frac{n}{\log n} + O \left( \frac{n}{(\log n)^2} \right)$$
    où la seconde égalité a été obtenue via une intégration par parties.
  • @Noix de toto
    Joli !
    2 questions:
    1. Un grand O quand quoi tend vers quoi?
    2. Est ce que ça se prouve facilement ?

    Merci d'avance.
  • On a aussi, façon constante d'Euler : $\displaystyle \underset{k=2}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{\ln k}=\int_{2}^{n} \frac {dt}{\ln t}+C+o(1)$ quand $n\rightarrow +\infty $. Vrai pour toute fonction décroissante positive.

    Mais puisqu'ici l'intégrale n'est pas une primitive élémentaire, il faut comme dit noix de totos en trouver un équivalent au moyen d'une intégration par parties.

    Alors, on pourrait sauter par-dessus cet intermédiaire intégratoire et exécuter une sommation par parties directement sur la série. Ceci s'appelle aussi transformation d'Abel et se fonde sur l'égalité télescopique évidente :
    $~~~~~~~~~~~~\displaystyle \underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}x_{k}(y_{k}-y_{k-1})+\underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}(x_{k}-x_{k-1})y_{k-1}=x_{n}y_{n}-x_{2}y_{2}$.
    Ici on prend : $x_{k}=\frac{1}{\ln k}$, $y_{k}-y_{k-1}=1$, $x_{k}-x_{k-1}=\frac{1}{\ln k}-\frac{1}{\ln (k-1)}\sim -\frac{1}{k(\ln k)^{2}}$, $y_{k}=k$.
    L'analogie avec l'intégration par parties saute aux yeux.
    Il vient : $\displaystyle \underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{\ln k}+\underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}(\frac{1}{\ln k}-\frac{1}{\ln (k-1)})(k-1)=\frac{n}{\ln n}-\frac{2}{\ln 2}$.
    Par sommation des relations de comparaison : $\displaystyle \underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}(\frac{1}{\ln k}-\frac{1}{\ln (k-1)})(k-1)\sim -\underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{(\ln k)^{2}}=o(\underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{\ln k})$.
    Et en conclusion : $\displaystyle \underset{k=2}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{\ln k}\sim \frac{n}{\ln n}$.
    Bonne soirée.
    Fr. Ch.
  • En arithmétique (domaine dans lequel je travaille), on utilise l'extension du "grand O" suivante : dire $f(x) = O(g(x))$ signifie qu'il existe $x_0,C$ réels tels que, pour tout $x \geqslant x_0$, $|f(x)| \leqslant C g(x)$. Cette généralisation, au demeurant très pratique, permet de rendre effectif les termes d'erreur.

    Par exemple, la première égalité se lit : il existe une constante $C > 0$ absolue telle que
    $$\left | \sum_{a < k \leqslant b} f(k) - \int_a^b f(t) \textrm{d}t \right | \leqslant C \left( \left | f(a) \right | + \left | f(a) \right | \right).$$

    Il existe depuis une vingtaine d'année une notation plus précise : $f(x) = O^\star (g(x))$ signifie qu'il existe $x_0$ tel que, pour tout $x \geqslant x_0$, $|f(x)| \leqslant g(x)$.

    Exemple (Théorème des Nombres Premiers explicite). Pour tout $x > 1$
    $$\sum_{n \leqslant x} \Lambda(n) = x + O^\star \left( \frac{1,83 x }{(\log x)^2} \right)$$
    où $\Lambda$ est la fonction de von Mangoldt, i.e.
    $$\Lambda(n) = \begin{cases} \log n, & \textrm{si} n = p^\alpha ; \\ 0, & \textrm{sinon}. \end{cases}$$

    Quant à la démonstration, elle peut être rendue simple si on se place dans le cadre adéquat, ici l'intégrale de Riemann-Stieltjes (ce qui permet de se ramener à une intégration par parties).

    Edit. Je répondais à Phare, bien sûr.
  • La méthode que j'ai proposée est utilisable en Math-Spé MP. Malheureusement, l'intégration et la sommation des relations de comparaison ne sont pas au programme en PC ni PSI.
    La même méthode permet de prouver plus généralement, pour $\alpha >0$ : $ \displaystyle \underset{k=2}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{(\ln k)^\alpha}\sim \frac{n}{(\ln n)^ \alpha} $ quand $n\rightarrow +\infty$.
    On peut en déduire une précision sur l'évaluation asymptotique de la somme proposée $ \displaystyle \underset{k=2}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{\ln k} $ en soustrayant l'équivalent trouvé précédemment et en appliquant la méthode de transformation de suite en série.
    Soit $ \displaystyle z_{n}=\Big(\underset{k=2}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{\ln k}\Big)-\frac{n}{\ln n}$. Alors : $z_{n}-z_{n-1}=\frac{1}{\ln n}-\frac{n}{\ln n}+\frac{n-1}{\ln (n-1)}\sim \frac{1}{(\ln n)^{2}}$.
    Par suite : $\displaystyle z_{n}=z_{2}+\underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}(z_{k}-z_{k-1})\sim \underset{k=3}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{(\ln k)^{2}}\sim \frac{n}{(\ln n)^{2}}$.
    En conclusion : $\displaystyle \underset{k=2}{\overset{n}{\sum }}\frac{1}{\ln k}=\frac{n}{\ln n}+\frac{n}{(\ln n)^{2}}+o\Big(\frac{n}{(\ln n)^{2}}\Big)$.
    Bonne soirée.
  • @noix de totos
    Merci bien pour les précisions
  • Merci à tous pour vos précisions !

    En fait ce post fut crée car je ne pouvais pas répondre à la question d'un ami. Je voulais lui montrer l'efficacité des mathématiques.net et vous l'avez comblé.

    Bravo ;).
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