Majoration : $\sum\frac 1{n^2} <2$
Réponses
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Classiquement, pour $i>1$, on a $\dfrac{1}{i^2}<\dfrac{1}{i(i-1)}$, puis une somme télescopique.
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Ou bien
$$\sum_{i=1}^n \frac{1}{i^2} \leqslant \int_1^n \frac{\textrm{d}x}{x^2} + 1 = 2 - \frac{1}{n} < 2.$$ -
Amusant : c'est en fait la même majoration (avec une saveur différente bien sûr).
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Oui, mais, si on veut éviter le recours à Euler-Maclaurin, on peut s'amuser à faire varier la majoration à peu de frais : pour tout entier $m \in \left[ 1,n \right]$
$$\sum_{k=1}^n \frac{1}{k^2} \leqslant \sum_{k=1}^{m-1} \frac{1}{k^2} + \int_{m}^n \frac{\textrm{d}t}{t^2} + \frac{1}{m^2} = \sum_{k=1}^{m-1} \frac{1}{k^2} + \frac{1}{m} + \frac{1}{m^2} - \frac{1}{n}.$$
Par exemple avec $m=10$, on obtient
$$\sum_{k=1}^n \frac{1}{k^2} < 1,65 - \frac{1}{n}.$$
On voit le $\zeta(2)$ poindre son nez...Enfin, tout ça, c'est pour s'amuser. -
Ah oui ! C'est une façon vraiment très simple de voir que le reste de la série est en $1/m$, ce qui permet d'améliorer le calcul (accélérer la convergence) instantanément.
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C'est ça.
Ce genre de "technique" s'utilise assez souvent avec des sommes portant sur des nombres premiers, autrement plus délicates à manipuler, et on arrive finalement à des résultats explicites assez performants. -
A noter que prouver que $\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{i^2} <2$ n'est pas suffisant car le passage à la limite donne $\sum_{i=1}^{+\infty} \frac{1}{i^2} \leq 2.$ Mais comme l'a expliqué noix de toto, on peut remplacer $2$ par quelque chose de plus précis.
Je pense même qu'on peut prouver le résultat $\pi^2 / 6$ de façon élémentaire sans avoir recours à Fourier ou autre. -
Il faut sans doute s'entendre sur la définition du mot "élémentaire", mais, et on en a déjà parlé sur ce forum, il y a une foultitude de méthodes pour arriver à $\zeta(2)$ (il y a des sites qui proposent plusieurs démonstrations, un problème du CAPES, peut-être 2007, s'appuie sur la méthode de Papadimitriou, etc).
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