Soit une suite de complexes et une suite réelle strictement croissante tendant vers . On suppose que la série converge pour tout .
Montrer que si pour tout assez grand, alors pour tout , .
Raisonner par l'absurde en supposant qu'il existe un premier indice tel que .
Isoler le terme et étudier la limite de quand .
Prépondérance du premier terme non nul pour les grandes valeurs de la variable.
Théorème de la limite par convergence uniforme (ou convergence dominée).
Résolution.
Supposons que la suite ne soit pas nulle. Comme l'ensemble des indices est une partie de , il admet un plus petit élément tel que . On peut alors écrire pour :
Multiplions par :
Posons . C'est une série de Dirichlet associée à la suite de fréquences . Comme la série de départ converge en , la série définissant converge uniformément sur (d'après le théorème de convergence uniforme sur les intervalles de la forme ).
On peut donc intervertir limite et somme :
Puisque pour tout , chaque limite individuelle est nulle. Ainsi :
Comme par hypothèse pour assez grand, on a :
On en déduit , ce qui contredit notre définition de .
Par conséquent, tous les coefficients sont nuls :
Justifier l'interversion limite-somme.
Le premier terme non nul domine à l'infini.