Considérons une série ∑n⩾1an dans laquelle le terme général an est une différence, an=xn−xn−1∀n⩾1. où (xn)n⩾0 est une suite fixée. On appelle les séries de ce type des séries téléscopiques. En effet, on remarque que la n-ème somme partielle associée à ∑n⩾1an peut se calculer exactement, puisque en réarrangeant les termes, beaucoup de paires se téléscopent:
Animation explicative
sn=a1+a2+a3+⋯+an−1+an=(x1−x0)+(x2−x1)+(x3−x2)+⋯+(xn−xn−1)=−x0+=0(x1−x1)+=0(x2−x2)+⋯+=0(xn−1−xn−1)+xn=xn−x0. On conclut de là que si la suite xn possède une limite, xn→L, alors la série ∑n⩾1an converge. De plus, sa somme vaut n→∞limsn=n→∞lim(xn−x0)=L−x0.
Exemple 5.13.
La série téléscopique n⩾2∑(cos(n1)−cos(n−11)) converge puisque dn=cos(n1)→1, et sa somme vaut n⩾2∑(cos(n1)−cos(n−11))=1−cos(1).
Exemple 5.14.
La série n⩾1∑n(n+1)1 converge puisque 0⩽an⩽n21. Or si on regarde de plus près, on peut la voir comme une série téléscopique, puisque n(n+1)1=n1−n+11. (On verra plus tard comment faire ce genre de décomposition de façon plus systématique, appelée décomposition en éléments simples.) La n-ème somme partielle peut donc s’écrire sn=a1+a2+a3+⋯+an−1+an=(11−21)+(21−31)+⋯+(n−11−n1)+(n1−n+11)=1−n+11, où on a pu “téléscoper” les termes 2 à 2. On a donc que s=n⩾1∑n(n+1)1=n→∞limsn=1.
Quiz 5.5.1.Soit (xn)n⩾0 une suite convergente, et an=xn−xn−1 (n⩾1). Quelles affirmations sont toujours vraies?