Convergence uniforme... ou pas ?

Je me retrouve confronté à une question d'un élève à laquelle je ne m'étais pas préparé... et je ne trouve pas la réponse.

On considère la série de fonctions $\displaystyle \sum_{n\geq 2} f_n$ où $f_n:x\mapsto \dfrac{xe^{-nx}}{\ln(n)}$.
On montre sans difficulté que :
  • la série converge simplement sur $\R^+$,
  • elle ne converge pas normalement sur $\R^+$,
  • elle converge normalement donc uniformément sur tout intervalle $\left[a,+\infty\right[$ pour $a>0$.

La question est : converge-t-elle uniformément sur $\R^+$ ?

Pouvez-vous m'aider ?

Réponses

  • Sans avoir essayé (dans le bus) : Cauchy uniforme a-t-il été essayé ?
  • il me semble que l'on peut majorer $R_N$ par $\ \displaystyle \frac{1}{\ln{N}} \frac{x e^{-Nx}}{e^x-1}\leq \frac{1}{\ln{N}} \frac{x }{e^x-1},\ $ donc par $\ \dfrac {1}{\ln(N)}$.
  • J'ai essayé sans aboutir, n'arrivant ni à majorer, ni à minorer suffisamment.
  • Bonjour,
    $\forall N\in\Bbb N, \forall x\in {]0,1]},$ $$\begin{eqnarray*}
    \sum_{n\geqslant N}f_n(x) &\leqslant& \frac{x}{\ln(N)} \sum_{n\geqslant N}e^{-nx} \\
    &=& \frac{x}{\ln(N)} \frac{e^{-Nx}}{1-e^{-x}} \\
    &\leqslant& \frac{x}{\ln(N)} \frac{e^{-Nx}}{x-\frac12x^2} \\
    &\leqslant& \frac1{\ln(N)(1-\frac{x}2)} \\
    &\leqslant& \frac2{\ln(N)}
    \end{eqnarray*}$$ car $e^{-x}\leqslant 1-x+\frac12 x^2$.
    Donc $\sum f_n$ converge uniformément sur $]0,1]$, donc aussi sur $\Bbb R_+$ d'après ce que tu dis.
  • Merci lale et Calli de m'avoir ouvert les yeux !
  • Merci side d'avoir retrouvé ce fil qui conclurait brillamment l'exercice...
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