Je hebt me wel op een idee gebracht. Aangezien de arctangens steeds kleiner is dan
\(\frac{\pi}{2}\)
, is de reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\arctan(k)}{1+k^2}\)
een minorante reeks van
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\frac{\pi}{2}}{1+k^2}\)
. We kunnen bewijzen dat die laatste reeks convergeert.
Beschouwen we immers de convergente hyperharmonische reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{1}{k^2}\)
, dan is
\(\lim_{n \to +\infty} \frac{\left(\frac{\frac{\pi}{2}}{1+n^2}\right)}{\left(\frac{1}{n^2}\right)} = \lim_{n \to +\infty} \frac{\frac{\pi}{2}n^2}{1+n^2} = \frac{\pi}{2}\)
en aangezien
\(\frac{\pi}{2} \in \rr^+_0\)
is, convergeert ook de reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\frac{\pi}{2}}{1+k^2}\)
. QED
We weten dat (voor reeksen met uitsluitend positieve termen) elke minorante reeks van een convergente reeks eveneens convergeert. Daarmee weten we nu ook dat ook de oorspronkelijke reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\arctan(k)}{1+k^2}\)
convergeert.
Bedankt voor de inspiratie!