On a
un=k=n∑2n−12k+11. Afin de débuter la sommation à
0, posons
k−n=p. Ainsi
k=p+n et
p va de
0 à
n−1. Donc :
un=k=n∑2n−12k+11=p=0∑n−12(p+n)+11=p=0∑n−12p+2n+11Puis on l'encadrement, du terme
2p+2n+11, suivant :
2p+2n+21⩽2p+2n+11⩽2p+2n1Ce qui s'écrit aussi comme :
21p+n+11⩽2p+2n+11⩽21p+n1On en déduit donc que :
21p=0∑n−1p+n+11⩽p=0∑n−12p+2n+11⩽21p=0∑n−1p+n1De plus, pour la somme
p=0∑n−1p+n+11, on peut poser
k=p+1 et
k va de
1 à
n. Ainsi :
21k=1∑nk+n1⩽p=0∑n−12p+2n+11⩽21p=0∑n−1p+n1Comme l'indice
k est un indice muet de sommation, on peut le remplacer par
p, ce qui nous donne :
21p=1∑np+n1⩽p=0∑n−12p+2n+11⩽21p=0∑n−1p+n1Avec :
p=0∑n−1p+n1=n1p=0∑n−11+np1On pose alors
f:x⟶x1. D'où :
p=0∑n−1p+n1=n1p=0∑n−11+np1=n1p=0∑n−1f(1+np)=n1p=0∑n−1f(1+pn2−1)Puis :
p=1∑np+n1=−n1+p=0∑np+n1=2n1−n1+p=0∑n−1p+n1=−2n1+p=0∑n−1p+n1Ce qui nous permet d'avoir :
p=1∑np+n1=−2n1+n1p=0∑n−1f(1+pn2−1)On a alors l'encadrement suivant :
21(−2n1+n1p=0∑n−1f(1+pn2−1))⩽p=0∑n−12p+2n+11⩽21n1p=0∑n−1f(1+pn2−1)Soit :
−4n1+21n1p=0∑n−1f(1+pn2−1)⩽p=0∑n−12p+2n+11⩽21n1p=0∑n−1f(1+pn2−1)Par passage à la limite lorsque
n⟶+∞, on obtient :
n⟶+∞lim(−4n1+21n1p=0∑n−1f(1+pn2−1))⩽n⟶+∞lim(p=0∑n−12p+2n+11)⩽21n⟶+∞lim(n1p=0∑n−1f(1+pn2−1))Comme
n⟶+∞lim(−4n1)=0 on a donc :
21n⟶+∞lim(n1p=0∑n−1f(1+pn2−1))⩽n⟶+∞lim(p=0∑n−12p+2n+11)⩽21n⟶+∞lim(n1p=0∑n−1f(1+pn2−1))En faisant appelle à une somme de
Reimann, on a :
n⟶+∞lim(n1p=0∑n−1f(1+pn2−1))=2−11∫12f(x)dx=∫12x1dx=[ln(x)]12=ln(2)−ln(1)=ln(2)−0Ainsi, on a :
21ln(2)⩽n⟶+∞lim(p=0∑n−12p+2n+11)⩽21ln(2)Ce qui nous permet d'affirmer que :
n⟶+∞lim(p=0∑n−12p+2n+11)=21ln(2)Soit encore :
n⟶+∞lim(k=n∑2n−12k+11)=21ln(2)On peut donc écrire ceci comme :
n⟶+∞limun=21ln(2)Finalement :
ℓ=21ln(2)