Comme tout point de Rn possède un système fondamental dénombrable de voisinages, une famille (xi) de points du groupe additif Rn ne peut être sommable que si l’ensemble des i tels que xi=0 est dénombrable (III, p. 38, corollaire), ce qui ramène essentiellement l’étude des familles sommables dans Rn à celle des suites sommables. Toutefois, pour les mêmes raisons que celles qui ont été exposées au sujet des familles sommables dans R (IV, p. 32), nous ne ferons, dans les énoncés qui suivent, aucune restriction sur la puissance de l’ensemble des indices.
Proposition 1
Pour qu’une famille (xi)i∈I de points xi=(xi,k)1≤k≤n de Rn soit sommable, il faut et il suffit que chacune des n familles (xi,k)i∈I de nombres réels soit sommable dans R.
Cela résulte de la prop. 4 de III, p. 41. Cette condition se transforme de la manière suivante:
Théorème 1
Pour qu’une famille (xi)i∈I de points de Rn soit sommable, il faut et il suffit que la famille (∥xi∥) des normes euclidiennes des xi soit sommable dans R.
Cela résulte sans peine de la prop. 1, de la condition de sommabilité d’une famille de nombres réels (IV, p. 34, th. 3), des inégalités
1≤k≤nsup∣xi,k∣≤∥xi∥≤i=1∑n∣xi,i∣,
et du principe de comparaison (IV, p. 33, th. 2).
On peut procéder un peu autrement, en établissant d’abord la proposition suivante:
Proposition 2
Pour toute famille finie (xi)i∈I de points de Rn, on a
(1)
i∈I∑∥xi∥≤2n⋅J⊂Isup∥i∈J∑xi∥.
En effet, si xi=(xij)1≤j≤n, on a ∥xi∥≤∑j=1n∣xij∣, donc
Mais ∣∑i∈Jxij∣≤∥∑i∈Jxi∥, d’où l’inégalité (1).
D’autre part, le th. 1 équivaut à la proposition suivante (puisque Rn est un groupe complet): pour que la famille (xt) satisfasse au critère de Cauchy (III, p. 38, th. 1), il faut et il suffit que la famille (∣∣xt∣∣) satisfasse aussi à ce critère. Or l’inégalité du triangle montre que cette condition est suffisante, et l’inégalité (1) montre qu’elle est nécessaire. En outre, on a l’inégalité
t∑xt≤t∑∣xt∣,
qu’on déduit par passage à la limite de l’inégalité analogue pour les sommes partielles finies.
Corollaire
Pour qu’une famille (xt) de points de Rn soit sommable, il faut et il suffit que l’ensemble des sommes partielles finies de cette famille soit borné dans Rn.* D’après le th. 1 (VII, p. 16) et l’inégalité du triangle, cette condition est nécessaire; elle est suffisante d’après l’inégalité (1) et le th. 1.
Proposition 3
Soient (xλ)λ∈L une famille sommable de points de Rm, (yμ)μ∈M une famille sommable de points de Rn, f une application bilinéaire de Rm×Rn dans Rp. La famille (f(xλ,yμ))(λ,μ)∈L×M est sommable, et l’on a*
(λ,μ)∈L×M∑f(xλ,yμ)=fλ∈L∑xλ,μ∈M∑yμ.
Pour montrer que la famille des f(xλ,yμ) est sommable, il suffit (VII, p. 16, prop. 1) d’établir que chacune des p familles formées par les coordonnées des f(xλ,yμ) dans Rn est sommable; autrement dit, on peut se limiter au cas où f est une forme bilinéaire; mais, pour une telle forme f, on a f(x,y)=∑i,jaijxiyj, donc on est ramené au cas où f(x,y)=xiyj, et dans ce cas la proposition a déjà été démontrée (IV, p. 35, prop. 1).
En spécialisant la fonction f, on a en particulier les corollaires suivants:
Corollaire 1
Si (aλ)λ∈L est une famille sommable de nombres réels, (xμ)μ∈M une famille sommable de points de Rn, la famille (aλxμ)(λ,μ)∈L×M est sommable, et l’on a*
(λ,μ)∈L×M∑aλxμ=(λ∈L∑aλ)μ∈M∑xμ.
Corollaire 2
Si (xλ)λ∈L et (yμ)μ∈M sont deux familles sommables de points de Rn, la famille (xλ∣yμ) (cf. VI, p. 8) est sommable dans R, et l’on a*
(λ,μ)∈L×M∑(xλ∣yμ)=λ∈L∑xλ∣μ∈M∑yμ.
2. Séries dans Rn
Pour qu’une série de terme général xm=(xmi)1≤i≤n soit convergente dans Rn, il faut et il suffit évidemment que chacune des n séries (xmi)m∈N soit convergente dans R.
Définition 1
Une série de points de Rn est dite absolument convergente si la série des normes euclidiennes de ses termes est convergente.
Proposition 4
Pour qu’une série de points de Rn, soit commutativement convergente, il faut et il suffit qu’elle soit absolument convergente.
C’est une conséquence de la prop. 9 de III, p. 44, et du th. 1 (VII, p. 16).
Les exemples de IV, p. 38, montrent que, dans Rn, une série peut être convergente sans être absolument convergente.