Histoire des mathématiques Concept
Règle de d'Alembert
ConceptConvergence des séries
Son histoire
Jean Le Rond d’Alembert est abandonné enfant sur les marches de l’église Saint-Jean-Le-Rond, à Paris. Il reste jusqu’à 48 ans chez la femme qui l’a recueilli. L’Encyclopédie lui doit une bonne partie de ses articles de mathématiques. Sa signature, un « O » majuscule, rappelle le nom de cette église.
Dans les années 1760, d’Alembert cherche à justifier une formule de calcul dans ses Opuscules mathématiques. Il veut s’assurer qu’une addition sans fin aboutit bien à un résultat. Sa règle naît comme un outil pour cette démonstration particulière.
En 1821, Cauchy publie son Cours d’analyse de l’École polytechnique. Il y étudie systématiquement les conditions qui rendent ces sommes possibles et dégage des critères généraux.
Le mot « règle » signifie ici « test », comme dans l’anglais « ratio test », qui renvoie au quotient, le résultat d’une division. Les élèves de classes préparatoires utilisent trop souvent la règle de d’Alembert à l’envers.
Sources : La démonstration mathématique dans l'histoire (colloque inter-IREM) ; A. Dahan-Dalmedico et J. Peiffer, Une histoire des mathématiques (1986) ; J.-P. Escofier, Petite histoire des mathématiques (2016) ; A. Deledicq et M. Launay, Dictionnaire amoureux des mathématiques (2021) ; B. Hauchecorne, Les mots et les maths ; Wikipédia, articles « Règle de d'Alembert » et « Ratio test ».
Énoncé
Pour comprendre
Conditions d'application
- Le rapport \(|a_{n+1}/a_n|\) doit avoir une limite \(\ell\), et la règle ne conclut pas si \(\ell=1\) : pour \(a_n=1/n^2\) comme pour \(a_n=1/n\), le rapport tend vers 1, alors que la première série converge et la seconde diverge.
- Si \(\ell>1\), la série diverge nécessairement, son terme général ne pouvant plus tendre vers 0.
- Quand la règle échoue, la règle de Cauchy, fondée sur la racine n-ième du terme général, permet parfois de trancher.
Cas d’usage
- Étudier une série : quand le rapport de deux termes consécutifs a une limite, celle-ci suffit à conclure, la série convergeant si la limite est inférieure à 1 et divergeant si elle est supérieure à 1.
- Rayon de convergence d'une série entière : la limite du rapport de deux coefficients consécutifs donne directement l'inverse de ce rayon.
- Convergence partout : pour la série qui définit l'exponentielle, le rapport de deux termes consécutifs tend vers 0 quel que soit \(x\), ce qui prouve qu'elle converge pour tout réel.
- Limites de la méthode : quand le rapport n'a pas de limite, ou qu'elle vaut exactement 1, la règle ne conclut pas, et l'on recourt à d'autres critères comme la règle de Cauchy.
Liens
- porte le nom de
Sources
- Wikidata CC0-1.0