1. **Énoncé du problème :**
Calculer la somme de la série de terme général $$u_n = \frac{1}{n(n+1)(n+2)}, n \geq 1$$.
2. **Formule et règles importantes :**
Pour calculer la somme d'une série à termes rationnels, on peut souvent utiliser la décomposition en fractions partielles.
3. **Décomposition en fractions partielles :**
On cherche des constantes $A$, $B$, $C$ telles que
$$\frac{1}{n(n+1)(n+2)} = \frac{A}{n} + \frac{B}{n+1} + \frac{C}{n+2}.$$
4. **Calcul des coefficients :**
Multiplions par $n(n+1)(n+2)$ :
$$1 = A(n+1)(n+2) + B n (n+2) + C n (n+1).$$
Développons :
$$1 = A(n^2 + 3n + 2) + B(n^2 + 2n) + C(n^2 + n).$$
5. **Regroupons par puissances de $n$ :**
$$1 = (A + B + C) n^2 + (3A + 2B + C) n + 2A.$$
6. **Équations pour les coefficients :**
Pour que l'égalité soit vraie pour tout $n$, les coefficients doivent satisfaire :
$$\begin{cases} A + B + C = 0 \\ 3A + 2B + C = 0 \\ 2A = 1 \end{cases}$$
7. **Résolution :**
De $2A=1$, on obtient $A=\frac{1}{2}$.
Substituons dans les deux autres :
$$\begin{cases} \frac{1}{2} + B + C = 0 \\ 3 \times \frac{1}{2} + 2B + C = 0 \end{cases}$$
Soit
$$\begin{cases} B + C = -\frac{1}{2} \\ 2B + C = -\frac{3}{2} \end{cases}$$
Soustrayons la première de la deuxième :
$$(2B + C) - (B + C) = -\frac{3}{2} + \frac{1}{2} \Rightarrow B = -1.$$
Puis
$$-1 + C = -\frac{1}{2} \Rightarrow C = \frac{1}{2}.$$
8. **Formule finale de la décomposition :**
$$\frac{1}{n(n+1)(n+2)} = \frac{1/2}{n} - \frac{1}{n+1} + \frac{1/2}{n+2}.$$
9. **Somme partielle :**
La somme partielle $S_N = \sum_{n=1}^N u_n$ est
$$S_N = \sum_{n=1}^N \left( \frac{1/2}{n} - \frac{1}{n+1} + \frac{1/2}{n+2} \right) = \frac{1}{2} \sum_{n=1}^N \frac{1}{n} - \sum_{n=1}^N \frac{1}{n+1} + \frac{1}{2} \sum_{n=1}^N \frac{1}{n+2}.$$
10. **Réécriture des sommes :**
$$\sum_{n=1}^N \frac{1}{n} = H_N,$$
$$\sum_{n=1}^N \frac{1}{n+1} = H_{N+1} - 1,$$
$$\sum_{n=1}^N \frac{1}{n+2} = H_{N+2} - 1 - \frac{1}{2},$$
avec $H_k$ la $k$-ième nombre harmonique.
11. **Substitution :**
$$S_N = \frac{1}{2} H_N - (H_{N+1} - 1) + \frac{1}{2} (H_{N+2} - 1 - \frac{1}{2}) = \frac{1}{2} H_N - H_{N+1} + 1 + \frac{1}{2} H_{N+2} - \frac{1}{2} - \frac{1}{4}.$$
12. **Simplification :**
$$S_N = \frac{1}{2} H_N - H_{N+1} + \frac{1}{2} H_{N+2} + \frac{1}{4}.$$
13. **Utilisation des relations entre nombres harmoniques :**
$$H_{N+1} = H_N + \frac{1}{N+1}, \quad H_{N+2} = H_N + \frac{1}{N+1} + \frac{1}{N+2}.$$
14. **Substitution dans $S_N$ :**
$$S_N = \frac{1}{2} H_N - (H_N + \frac{1}{N+1}) + \frac{1}{2} (H_N + \frac{1}{N+1} + \frac{1}{N+2}) + \frac{1}{4}.$$
15. **Développement :**
$$S_N = \frac{1}{2} H_N - H_N - \frac{1}{N+1} + \frac{1}{2} H_N + \frac{1}{2(N+1)} + \frac{1}{2(N+2)} + \frac{1}{4}.$$
16. **Simplification des termes en $H_N$ :**
$$\frac{1}{2} H_N - H_N + \frac{1}{2} H_N = 0.$$
17. **Simplification des termes restants :**
$$S_N = - \frac{1}{N+1} + \frac{1}{2(N+1)} + \frac{1}{2(N+2)} + \frac{1}{4} = - \frac{1}{2(N+1)} + \frac{1}{2(N+2)} + \frac{1}{4}.$$
18. **Mise au même dénominateur pour les deux fractions :**
$$- \frac{1}{2(N+1)} + \frac{1}{2(N+2)} = \frac{-(N+2) + (N+1)}{2 (N+1)(N+2)} = \frac{-1}{2 (N+1)(N+2)}.$$
19. **Formule finale pour la somme partielle :**
$$S_N = \frac{1}{4} - \frac{1}{2 (N+1)(N+2)}.$$
20. **Limite quand $N \to \infty$ :**
$$\lim_{N \to \infty} S_N = \frac{1}{4} - 0 = \frac{1}{4}.$$
**Réponse finale :**
La série $$\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n(n+1)(n+2)}$$ converge et sa somme est $$\boxed{\frac{1}{4}}.$$
Somme Serie Rationnelle 2E2Bec
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