что такое ряд сходится

Определение и свойства сходящихся рядов

Сходящийся числовой ряд и его сумма.

Выражение \(a_ <1>+ a_ <2>+ \ldots + a_ + \ldots\), где \(\\>\) — заданная числовая последовательность, будем называть числовым рядом и обозначать символом \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\), а числа \(a_\) будем называть членами ряда. Сумму \(n\) первых членов ряда \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\) будем называть \(n\)-й частичной суммой этого ряда и обозначать \(S_\), то есть
$$
S_ = \sum_^a_.\label
$$

Ряд
$$
\sum_^<\infty>a_\label
$$
называется сходящимся, если последовательность его частичных сумм \(\\>\) имеет конечный предел \(S\), то есть
$$
\lim_S_ = S.\label
$$
Число \(S\), определяемое условиями \eqref и \eqref, называют суммой ряда \eqref и пишут
$$
\sum_^<\infty>a_ = S.\label
$$

Если последовательность \(\\>\) не имеет конечного предела (предел не существует или бесконечен), то говорят, что ряд \eqref расходится (является расходящимся).

\(\vartriangle\) Используя формулу для суммы \(n\) первых членов геометрической прогрессии, получаем
$$
S_ = \sum_^q^ = \frac<1-q^> <1-q>= \frac<1><1-q>-\frac><1-q>.\nonumber
$$
Так как \(q^ \rightarrow 0\) при \(n \rightarrow \infty\), если \(|q| Пример 2.

Доказать, что если при всех \(n \in N\) выполняется равенство
$$
a_ = b_-b_\label
$$
и существует конечный
$$
\lim_b_ = b,\label
$$
то ряд \eqref сходится, а его сумма \(S = b_<1>-b\), то есть
$$
\sum_^<\infty>(b_-b_) = b_<1>-b.\label
$$

\(\vartriangle\) Используя условие \eqref, получаем \(S_ = \displaystyle\sum_^a_ = \sum_^(b_-b_) = b_<1>-b_ <2>+ b_<2>-b_ <3>+ \ldots + b_-b_ + b_-b_ = b_<1>-b_\) откуда в силу \eqref следует сходимость ряда \eqref и равенство \eqref. \(\blacktriangle\)

Найти сумму ряда \eqref, если \(a_ = \displaystyle\frac<1>\).

\(\vartriangle\) Так как
$$
a_ = \frac<1> = \frac<(n + 2)-n> <2n(n + 1)(n + 2)>= \frac<1><2n(n + 1)>-\frac<1><2n(n + 1)(n + 2)>,\nonumber
$$
то последовательность \(\\>\) удовлетворяет условиям \eqref и \eqref, где \(b_ = \displaystyle\frac<1><2n(n + 1)>,\ b = 0\), и по формуле \eqref получаем
$$
\sum_^<\infty>\frac<1> = \frac<1><4>.\ \blacktriangle\nonumber
$$

Необходимое условие сходимости ряда.

\(\circ\) Так как ряд \eqref сходится, то существует конечный предел \(S\) последовательности \(\\>\), где \(S_\) — \(n\)-я частичная сумма ряда (формула \eqref). Тогда \(\displaystyle\lim_S_ = S\) и \(\displaystyle\lim_S_ = S\), откуда следует, что \(S_-S_ = a_ \rightarrow 0\) при \(n \rightarrow \infty\). \(\bullet\)

Таким образом, соотношение \eqref выражает необходимое условие сходимости ряда.

Доказать, что ряд \(\displaystyle\sum_^<\infty>\frac<1><\sqrt>\) расходится.

\(\vartriangle\) Так как \(\displaystyle\frac<1><\sqrt> \geq \frac<1><\sqrt>\) при \(k = 1, 2, \ldots, n\), то \(S_ = \displaystyle\sum_^\frac<1><\sqrt> \geq n \frac<1><\sqrt>\) откуда следует, что \(S_ \rightarrow +\infty\) при \(n \rightarrow \infty\), то есть ряд \(\displaystyle\sum_^<\infty>\frac<1><\sqrt>\) расходится. \(\blacktriangle\)

Условие \eqref не является достаточным для сходимости ряда \eqref: ряд, рассмотренный в примере 4, удовлетворяет условию \eqref, но расходится.

Доказать, что ряд
$$
\sum_^<\infty>\sin n\alpha,\ \mbox<где>\ \alpha \neq \pi m\ (m \in \mathbb),\label
$$
расходится.

\(\vartriangle\) Докажем, что
$$
\sin n\alpha \nrightarrow 0\ \mbox<при>\ n \rightarrow \infty,\label
$$

Предположим, что \(\sin n\alpha \rightarrow 0\) при \(n \rightarrow \infty\). Тогда \(\sin (n + 1)\alpha \rightarrow 0\) при \(n \rightarrow \infty\), то есть \(\sin n\alpha \cos \alpha + \cos n\alpha \sin \alpha \rightarrow 0\), откуда следует, что \(\cos n\alpha \rightarrow 0\) при \(n \rightarrow \infty\), так как \(\sin \alpha \neq 0\). Итак, если \(\sin n\alpha \rightarrow 0\), то \(\cos n\alpha \rightarrow 0\) при \(n \rightarrow \infty\), что невозможно, так как \(\sin^ <2>n\alpha + \cos^ <2>n\alpha = 1\).

Таким образом, для ряда \eqref должно выполняться условие \eqref, и поэтому ряд \eqref расходится. \(\blacktriangle\)

Свойства сходящихся рядов.

Если ряды \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\) и
$$
\sum_^<\infty>b_,\label
$$
сходятся, а их суммы равны соответственно \(S\) и \(\sigma\), то при любых \(\lambda, \mu \in \mathbb\) сходится ряд
$$
\sum_^<\infty>(\lambda a_ + \mu b_),\label
$$
а его сумма равна
$$
\tau = \lambda S + \mu\sigma.\label
$$

\(\circ\) Пусть \(S_\), \(\sigma_\) и \(\tau_\) — \(n\)-е частичные суммы рядов \eqref, \eqref и \eqref соответственно. Тогда \(\tau_ = \lambda S_ + \mu\sigma_\). Так как \(S_ \rightarrow S\) и \(\sigma_ \rightarrow \sigma\) при \(n \rightarrow \infty\), то последовательность \(\<\tau_\>\) имеет конечный предел, то есть ряд \eqref сходится, и справедливо равенство \eqref. \(\bullet\)

Если сходится ряд \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\), то при каждом \(m \in \mathbb\) сходится ряд
$$
\sum_^<\infty>a_,\label
$$
который называют \(m\)-м остатком ряда \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\). Обратно: если при фиксированном \(m\) ряд \eqref сходится, то и ряд \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\) также сходится.

\(\circ\) Пусть \(S_ = a_ <1>+ \ldots + a_\) и \(\sigma_^ <(m)>= a_ + \ldots + a_\)-соответственно \(n\)-я частичная сумма ряда \eqref и \(k\)-я частичная сумма ряда \eqref. Тогда
$$
S_ = S_ + \sigma_^<(m)>,\ \mbox<где>\ n = m + k.\label
$$
Если ряд \eqref сходится, то последовательность \(\\>\) имеет конечный предел при \(n \rightarrow \infty\), и поэтому из равенства \eqref следует, что последовательность \(\<\sigma_^<(m)>\>\), где \(m\) фиксировано, имеет конечный предел при \(k \rightarrow \infty\), то есть ряд \eqref сходится.

Обратно: если \(m\) фиксировано и существует конечный \(\displaystyle\lim_\sigma_^<(m)>\) то существует конечный \(\displaystyle\lim_S_\). \(\bullet\)

Согласно свойству 2 отбрасывание конечного числа членов ряда или добавление конечного числа членов к данному ряду не влияет на его сходимость.

Если ряд \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\) сходится, то и ряд
$$
\sum_^<\infty>b_,\label
$$
полученный группировкой членов ряда \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\) без изменения порядка их расположения, также сходится и имеет ту же сумму, что и ряд \(\displaystyle\sum_^<\infty>a_\).

\(\circ\) Пусть \(b_ <1>= a_ <1>+ a_ <2>+ \ldots + a_>\), \(b_ <2>= \displaystyle a_ + 1> + a_ + 2> + \ldots + a_>\), …, \(b_ = a_-1> + \ldots + a_>\) где \(j \in \mathbb\), \(\\>\) — строго возрастающая последовательность натуральных чисел. Обозначим \(S_ = \displaystyle\sum_^a_\), \(\sigma_ = \displaystyle\sum_^<\infty>b_\); тогда \(\sigma_ = S_>\). Так как \(\<\sigma_\>\) — подпоследовательность сходящейся последовательности \(S_<1>, S_<2>, \ldots\), то существует \(\displaystyle\lim_\sigma_ = S\), где \(S\) — сумма ряда \eqref. \(\bullet\)

Критерий Коши сходимости ряда.

Для сходимости ряда \eqref необходимо и достаточно, чтобы
$$
\forall \varepsilon > 0\ \exists N_<\varepsilon>: \forall n \geq N_<\varepsilon>, \forall p \in \mathbb \rightarrow |a_ + a_ + \ldots + a_| Доказательство.

\(\circ\) Так как \(a_ + a_ + \ldots + a_ = S_-S_\) где \(S_\) — \(n\)-я частичная сумма ряда \eqref, то условие \eqref означает, что последовательность \(\\>\) является фундаментальной. В силу критерия Коши для последовательности условие \eqref равносильно существованию конечного предела последовательности \(\\>\), то есть равносильно сходимости ряда \eqref. \(\bullet\)

Если условие \eqref не выполняется, то есть
$$
\exists \varepsilon_ <0>> 0: \forall k \in \mathbb,\ \exists n \geq k\ \exists p \in \mathbb:\ |a_ + \ldots + a_| \geq \varepsilon_<0>.\label
$$
то ряд \eqref расходится.

Доказать, что гармонический ряд
$$
\sum_^<\infty>\frac<1>,\label
$$
расходится.

\(\vartriangle\) Для любого \(k \in \mathbb\) возьмем \(n = k\), \(p = k\). Тогда \(\displaystyle\sum_^a_ = \frac<1> + \ldots + \frac<1> <2k>> \frac<1><2k>k = \frac<1> <2>= \varepsilon_<0>\), и в силу условия \eqref ряд \eqref расходится. \(\blacktriangle\)

Ряды с комплексными членами.

Последовательность комплексных чисел \(\\>\) называют сходящейся, если существует такое комплексное число \(z\), что
$$
\lim_|z_-z| = 0,\nonumber
$$
где \(|z|\) — модуль комплексного числа \(z\). В этом случае пишут \(\displaystyle\lim_z_ = z\) или \(z_ \rightarrow z\) при \(n \rightarrow \infty\).

Если \(z_ = x_ + iy_\), \(z = x + iy\), то условие \(z_ \rightarrow z\) при \(n \rightarrow \infty\) эквивалентно выполнению условий \(x_ \rightarrow x\) и \(y_ \rightarrow y\) при \(n \rightarrow \infty\).

Ряд с комплексными членами
$$
\sum_^<\infty>z_,\label
$$
называют сходящимся, если существует
$$
\lim_ \sum_^z_ = S,\nonumber
$$
где \(S \in \mathbb\). В этом случае пишут \(\displaystyle\sum_^<\infty>z_ = S\), а комплексное число \(S\) называют суммой ряда \eqref.

Источник

Числовые ряды: определения, свойства, признаки сходимости, примеры, решения

Данная статья представляет собой структурированную и подробную информацию, которая может пригодиться во время разбора упражнений и задач. Мы рассмотрим тему числовых рядов.

Данная статья начинается с основных определений и понятий. Далее мы стандартные варианты и изучим основные формулы. Для того, чтобы закрепить материал, в статье приведены основные примеры и задачи.

Базовые тезисы

a k является общим или k –ым членом ряда.

Определения, рассмотренные выше, помогут вам для решения большинства примеров и задач.

Для того, чтобы дополнить определения, необходимо доказать определенные уравнения.

Мы доказали, что числовой ряд сходится.

Мы доказали, что числовой ряд расходится.

Ряд ∑ k = 1 ∞ b k знакопеременный, так как в нем множество чисел, отрицательных и положительных.

Второй вариант ряд – это частный случай третьего варианта.

Приведем примеры для каждого случая соответственно:

Для третьего варианта также можно определить абсолютную и условную сходимость.

Знакочередующийся ряд ∑ k = 1 ∞ b k абсолютно сходится в том случае, когда ∑ k = 1 ∞ b k также считается сходящимся.

Подробно разберем несколько характерных вариантов

Знакопеременный ряд ∑ k = 1 ∞ b k считается условно сходящимся в том случае, если ∑ k = 1 ∞ b k – расходящийся, а ряд ∑ k = 1 ∞ b k считается сходящимся.

Особенности сходящихся рядов

Проанализируем свойства для определенных случаев

Разложим исходный вариант:

Необходимое условие для определения, является ли ряд сходящимся

Проверим исходное выражение на выполнение условия lim n → + ∞ n 2 1 + n = lim n → + ∞ n 2 n 2 1 n 2 + 1 n = lim n → + ∞ 1 1 n 2 + 1 n = 1 + 0 + 0 = + ∞ ≠ 0

Как определить сходимость знакоположительного ряда.

Если постоянно пользоваться указанными признаками, придется постоянно вычислять пределы. Данный раздел поможет избежать сложностей во время решения примеров и задач. Для того, чтобы определить сходимость знакоположительного ряда, существует определенное условие.

Как сравнивать ряды

Существует несколько признаков сравнения рядов. Мы сравниваем ряд, сходимость которого предлагается определить, с тем рядом, сходимость которого известна.

Первый признак

Для того, чтобы закрепить полученный материал, детально рассмотрим пару типичных вариантов.

Второй признак

Согласно второму признаку можно определить, что сходящийся ряд ∑ k = 1 ∞ 1 k 3 означается, что первоначальный вариант также сходится.

Согласно приведенным выше тезисам, расходящийся ряд влечет собой расходимость исходного ряда.

Третий признак

Рассмотрим третий признак сравнения.

Признак Даламбера

Признак Даламбера справедлив в том случае, если предел бесконечен.

Определить, является ряд сходящимся или расходящимся ∑ k = 1 ∞ 2 k + 1 2 k по признаку Даламбера.

Необходимо проверить, выполняется ли необходимое условие сходимости. Вычислим предел, воспользовавшись правилом Лопиталя: lim k → + ∞ 2 k + 1 2 k = » open=» ∞ ∞ = lim k → + ∞ 2 k + 1 ‘ 2 k ‘ = lim k → + ∞ 2 2 k · ln 2 = 2 + ∞ · ln 2 = 0

Мы можем увидеть, что условие выполняется. Воспользуемся признаком Даламбера: lim k → + ∞ = lim k → + ∞ 2 ( k + 1 ) + 1 2 k + 1 2 k + 1 2 k = 1 2 lim k → + ∞ 2 k + 3 2 k + 1 = 1 2 1

Ряд является сходящимся.

Следовательно, ряд является расходящимся.

Радикальный признак Коши

Данный признак может быть использован в примерах, которые легко определить. Случай будет характерным тогда, когда член числового ряда – это показательно степенное выражение.

Для того, чтобы закрепить полученную информацию, рассмотрим несколько характерных примеров.

Определить, является ли знакоположительный ряд ∑ k = 1 ∞ 1 ( 2 k + 1 ) k на сходящимся.

Интегральный признак Коши

, то в случае, если несобственный интеграл ∫ a + ∞ f ( x ) d x является сходящимся, то рассматриваемый ряд также сходится. Если же он расходится, то в рассматриваемом примере ряд тоже расходится.

При проверке убывания функции можно использовать материал, рассмотренный на предыдущих уроках.

Рассмотреть пример ∑ k = 2 ∞ 1 k · ln k на сходимость.

Согласно полученным результатам, исходный пример расходится, так как несобственный интеграл является расходящимся.

Признак Раабе

Данный способ определения можно использовать в том случае, если описанные выше техники не дают видимых результатов.

Исследование на абсолютную сходимость

Расходимость знакопеременных рядов

Если ряд ∑ k = 1 ∞ b k – расходящийся, то соответствующий знакопеременный ряд ∑ k = 1 ∞ b k либо расходящийся, либо условно сходящийся.

Признаки для условной сходимости

Признак Лейбница

Ряд условно сходится.

Признак Абеля-Дирихле

∑ k = 1 + ∞ u k · v k сходится в том случае, если < u k >не возрастает, а последовательность ∑ k = 1 + ∞ v k ограничена.

Источник

Признаки сходимости рядов.
Признак Даламбера. Признаки Коши

Работайте, работайте – а понимание придёт потом
Ж.Л. Даламбер

Всех поздравляю с началом учебного года! Сегодня 1 сентября, и я решил в честь праздника познакомить читателей с тем, что вы давно с нетерпением ждали и жаждали узнать – признаками сходимости числовых положительных рядов. Праздник Первое сентября и мои поздравления всегда актуальны, ничего страшного, если на самом деле за окном лето, вы же сейчас в третий раз пересдаете экзамен учитесь, если зашли на эту страничку!

Для тех, кто только начинает изучать ряды, рекомендую для начала ознакомиться со статьей Числовые ряды для чайников. Собственно, данная телега является продолжением банкета. Итак, сегодня на уроке мы рассмотрим примеры и решения по темам:

Одним из распространенных признаков сравнения, который встречается в практических примерах, является признак Даламбера. Признаки Коши встречаются реже, но тоже весьма популярны. Как всегда, постараюсь изложить материал просто, доступно и понятно. Тема не самая сложная, и все задания в известной степени трафаретны.

Признак сходимости Даламбера

Жан Лерон Даламбер – это знаменитый французский математик 18-го века. Вообще, Даламбер специализировался на дифференциальных уравнениях и на основании своих исследований занимался баллистикой, чтобы у Его Величества лучше летали пушечные ядра. Заодно и про числовые ряды не забыл, не зря потом шеренги наполеоновских войск так четко сходились и расходились.

Перед тем как сформулировать сам признак, рассмотрим важный вопрос:
Когда нужно применять признак сходимости Даламбера?

Сначала начнем с повторения. Вспомним случаи, когда нужно применять самый ходовой предельный признак сравнения. Предельный признак сравнения применяется тогда, когда в общем члене ряда:

1) В знаменателе находится многочлен.
2) Многочлены находятся и в числителе и в знаменателе.
3) Один или оба многочлена могут быть под корнем.
4) Многочленов и корней, разумеется, может быть и больше.

Основные же предпосылки для применения признака Даламбера следующие:

1) В общий член ряда («начинку» ряда) входит какое-нибудь число в степени, например, , , и так далее. Причем, совершенно не важно, где эта штуковина располагается, в числителе или в знаменателе – важно, что она там присутствует.

2) В общий член ряда входит факториал. С факториалами мы скрестили шпаги ещё на уроке Числовая последовательность и её предел. Впрочем, не помешает снова раскинуть скатерть-самобранку:





…


…

! При использовании признака Даламбера нам как раз придется расписывать факториал подробно. Как и в предыдущем пункте, факториал может располагаться вверху или внизу дроби.

3) Если в общем члене ряда есть «цепочка множителей», например, . Этот случай встречается редко, но! При исследовании такого ряда часто допускают ошибку – см. Пример 6.

Вместе со степенями или (и) факториалами в начинке ряда часто встречаются многочлены, это не меняет дела – нужно использовать признак Даламбера.

Кроме того, в общем члене ряда может встретиться одновременно и степень и факториал; может встретиться два факториала, две степени, важно чтобы там находилось хоть что-то из рассмотренных пунктов – и это как раз предпосылка для использования признака Даламбера.

Признак Даламбера: Рассмотрим положительный числовой ряд . Если существует предел отношения последующего члена к предыдущему: , то:
а) При ряд сходится. В частности, ряд сходится при .
б) При ряд расходится. В частности, ряд расходится при .
в) При признак не дает ответа. Нужно использовать другой признак. Чаще всего единица получается в том случае, когда признак Даламбера пытаются применить там, где нужно использовать предельный признак сравнения.

У кого до сих пор проблемы с пределами или недопонимание пределов, обратитесь к уроку Пределы. Примеры решений. Без понимания предела и умения раскрывать неопределенность дальше, к сожалению, не продвинуться.

А сейчас долгожданные примеры.

Исследовать ряд на сходимость
Мы видим, что в общем члене ряда у нас есть , а это верная предпосылка того, что нужно использовать признак Даламбера. Сначала полное решение и образец оформления, комментарии ниже.

Используем признак Даламбера:

Таким образом, исследуемый ряд сходится.
(1) Составляем отношение следующего члена ряда к предыдущему: . Из условия мы видим, что общий член ряда . Для того, чтобы получить следующий член ряда нужно ВМЕСТО подставить : .
(2) Избавляемся от четырехэтажности дроби. При определенном опыте решения этот шаг можно пропускать.
(3) В числителе раскрываем скобки. В знаменателе выносим четверку из степени.
(4) Сокращаем на . Константу выносим за знак предела. В числителе в скобках приводим подобные слагаемые.
(5) Неопределенность устраняется стандартным способом – делением числителя и знаменателя на «эн» в старшей степени.
(6) Почленно делим числители на знаменатели, и указываем слагаемые, которые стремятся к нулю.
(7) Упрощаем ответ и делаем пометку, что с выводом о том, что, по признаку Даламбера исследуемый ряд сходится.

В рассмотренном примере в общем члене ряда у нас встретился многочлен 2-й степени. Что делать, если там многочлен 3-й, 4-й или более высокой степени? Дело в том, что если дан многочлен более высокой степени, то возникнут трудности с раскрытием скобок. В этом случае можно применять «турбо»-метод решения.

Возьмём похожий ряд и исследуем его на сходимость

Сначала полное решение, потом комментарии:

Используем признак Даламбера:

Таким образом, исследуемый ряд сходится.

(1) Составляем отношение .
(2) Избавляемся от четырехэтажности дроби.

(3) Рассмотрим выражение в числителе и выражение в знаменателе. Мы видим, что в числителе нужно раскрывать скобки и возводить в четвертую степень: , чего делать совершенно не хочется. А для тех, кто не знаком с биномом Ньютона, эта задача окажется ещё сложнее. Проанализируем старшие степени: если мы вверху раскроем скобки , то получим старшую степень . Внизу у нас такая же старшая степень: . По аналогии с предыдущим примером, очевидно, что при почленном делении числителя и знаменателя на у нас в пределе получится единица. Или, как говорят математики, многочлены и – одного порядка роста. Таким образом, вполне можно обвести отношение простым карандашом и сразу указать, что эта штука стремится к единице. Аналогично расправляемся со второй парой многочленов: и , они тоже одного порядка роста, и их отношение стремится к единице.

На самом деле, такую «халтуру» можно было провернуть и в Примере № 1, но для многочлена 2-й степени такое решение смотрится всё-таки как-то несолидно. Лично я поступаю так: если есть многочлен (или многочлены) первой или второй степени, я использую «длинный» способ решения Примера 1. Если попадается многочлен 3-й и более высоких степеней, я использую «турбо»-метод по образцу Примера 2.

Исследовать ряд на сходимость

Полное решение и образец оформления в конце урока

Рассмотрим типовые примеры с факториалами:

Исследовать ряд на сходимость

В общий член ряда входит и степень, и факториал. Ясно, как день, что здесь надо использовать признак Даламбера. Решаем.

Таким образом, исследуемый ряд расходится.
(1) Составляем отношение . Повторяем еще раз. По условию общий член ряда: . Для того чтобы получить следующий член ряда, вместо нужно подставить , таким образом: .
(2) Избавляемся от четырехэтажности дроби.
(3) Отщипываем семерку от степени. Факториалы расписываем подробно. Как это сделать – см. начало урока или статью о числовых последовательностях.
(4) Сокращаем всё, что можно сократить.
(5) Константу выносим за знак предела. В числителе раскрываем скобки.
(6) Неопределенность устраняем стандартным способом – делением числителя и знаменателя на «эн» в старшей степени.

Исследовать ряд на сходимость

Полное решение и образец оформления в конце урока

Исследовать ряд на сходимость

Иногда встречаются ряды, которые в своей начинке содержат «цепь» множителей, этот тип ряда мы еще не рассматривали. Как исследовать ряд с «цепочкой» множителей? Использовать признак Даламбера. Но сначала для понимания происходящего распишем ряд подробно:

Из разложения мы видим, что у каждого следующего члена ряда добавляется дополнительный множитель в знаменателе, поэтому, если общий член ряда , то следующий член ряда:
. Вот здесь часто автоматом допускают ошибку, формально по алгоритму записывая, что

Примерный образец решения может выглядеть так:

Используем признак Даламбера:

Таким образом, исследуемый ряд сходится.

Радикальный признак Коши

Огюстен Луи Коши – еще более знаменитый французский математик. Биографию Коши вам может рассказать любой студент технической специальности. В самых живописных красках. Не случайно эта фамилия высечена на первом этаже Эйфелевой башни.

Признак сходимости Коши для положительных числовых рядов чем-то похож на только что рассмотренный признак Даламбера.

Радикальный признак Коши: Рассмотрим положительный числовой ряд . Если существует предел: , то:
а) При ряд сходится. В частности, ряд сходится при .
б) При ряд расходится. В частности, ряд расходится при .
в) При признак не дает ответа. Нужно использовать другой признак. Интересно отметить, что если признак Коши не даёт нам ответа на вопрос о сходимости ряда, то признак Даламбера тоже не даст ответа. Но если признак Даламбера не даёт ответа, то признак Коши вполне может «сработать». То есть, признак Коши является в этом смысле более сильным признаком.

Когда нужно использовать радикальный признак Коши? Радикальный признак Коши обычно использует в тех случаях, когда корень «хорошо» извлекается из общего члена ряда. Как правило, этот перец находится в степени, которая зависит от . Есть еще экзотические случаи, но ими голову забивать не будем.

Исследовать ряд на сходимость

Мы видим, что дробь полностью находится под степенью, зависящей от «эн», а значит, нужно использовать радикальный признак Коши:

Таким образом, исследуемый ряд расходится.

(1) Оформляем общий член ряда под корень.

(2) Переписываем то же самое, только уже без корня, используя свойство степеней .
(3) В показателе почленно делим числитель на знаменатель, указывая, что
(4) В результате у нас получилась неопределенность . Здесь можно было пойти длинным путем: возвести в куб, возвести в куб, потом разделить числитель и знаменатель на «эн» в кубе. Но в данном случае есть более эффективное решение: этот приём можно использовать прямо под степенью-константой. Для устранения неопределенности делим числитель и знаменатель на (старшую степень многочленов).

(5) Выполняем почленное деление, и указываем слагаемые, которые стремятся к нулю.
(6) Доводим ответ до ума, помечаем, что и делаем вывод о том, что ряд расходится.

А вот более простой пример для самостоятельного решения:

Исследовать ряд на сходимость

И еще пара типовых примеров.

Полное решение и образец оформления в конце урока

Исследовать ряд на сходимость
Используем радикальный признак Коши:

Таким образом, исследуемый ряд сходится.

(1) Помещаем общий член ряда под корень.

(2) Переписываем то же самое, но уже без корня, при этом раскрываем скобки, используя формулу сокращенного умножения: .
(3) В показателе почленно делим числитель на знаменатель и указываем, что .
(4) Получена неопределенность вида , и здесь тоже можно выполнять деление прямо под степенью. Но с одним условием: коэффициенты при старших степенях многочленов должны быть разными. У нас они разные (5 и 6), и поэтому можно (и нужно) разделить оба этажа на . Если же эти коэффициенты одинаковы, например (1 и 1): , то такой фокус не проходит и нужно использовать второй замечательный предел. Если помните, эти тонкости рассматривались в последнем параграфе статьи Методы решения пределов.

(5) Собственно выполняем почленное деление и указываем, какие слагаемые у нас стремятся к нулю.
(6) Неопределенность устранена, у нас остался простейший предел: . Почему в бесконечно большой степени стремится к нулю? Потому что основание степени удовлетворяет неравенству . Если у кого есть сомнения в справедливости предела , то я не поленюсь, возьму в руки калькулятор:
Если , то
Если , то
Если , то
Если , то
Если , то
… и т.д. до бесконечности – то есть, в пределе:

Прямо таки бесконечно убывающая геометрическая прогрессия на пальцах =)
! Никогда не используйте этот приём в качестве доказательства! Ибо если что-то очевидно, то это ещё не значит, что это правильно.

(7) Указываем, что и делаем вывод о том, что ряд сходится.

Исследовать ряд на сходимость

Это пример для самостоятельного решения.

Иногда для решения предлагается провокационный пример, например: . Здесь в показателе степени нет «эн», только константа. Тут нужно возвести в квадрат числитель и знаменатель (получатся многочлены), а далее придерживаться алгоритма из статьи Ряды для чайников. В подобном примере сработать должен либо необходимый признак сходимости ряда либо предельный признак сравнения.

Интегральный признак Коши

Или просто интегральный признак. Разочарую тех, кто плохо усвоил материал первого курса. Для того чтобы применять интегральный признак Коши необходимо более или менее уверенно уметь находить производные, интегралы, а также иметь навык вычисления несобственного интеграла первого рода.

В учебниках по математическому анализу интегральный признак Коши дан математически строго, но слишком уж поморочено, поэтому я сформулирую признак не слишком строго, но понятно:

Рассмотрим положительный числовой ряд . Если существует несобственный интеграл , то ряд сходится или расходится вместе с этим интегралом.

И сразу примеры для пояснения:

Исследовать ряд на сходимость

Почти классика. Натуральный логарифм и какая-нибудь бяка.

Основной предпосылкой использования интегрального признака Коши является тот факт, что в общем члене ряда содержатся множители, похожие на некоторую функцию и её производную. Из темы Производная вы наверняка запомнили простейшую табличную вещь: , и у нас как раз такой каноничный случай.

Как использовать интегральный признак? Сначала берем значок интеграла и переписываем со «счётчика» ряда верхний и нижний пределы: . Затем под интегралом переписываем «начинку» ряда с буковкой «хэ»: . Чего-то не хватает…, ах, да, еще в числителе нужно прилепить значок дифференциала: .

Теперь нужно вычислить несобственный интеграл . При этом возможно два случая:

1) Если выяснится, что интеграл сходится, то будет сходиться и наш ряд .

2) Если выяснится, что интеграл расходится, то наш ряд тоже будет расходиться.

Повторюсь, если материал запущен, то чтение параграфа будет трудным и малопонятным, поскольку применение признака по сути дела сводится к вычислению несобственного интеграла первого рода.

Полное решение и оформление примера должно выглядеть примерно так:

Используем интегральный признак:

Подынтегральная функция непрерывна на

Таким образом, исследуемый ряд расходится вместе с соответствующим несобственным интегралом.

Исследовать ряд на сходимость

Решение и образец оформления в конце урока

В рассмотренных примерах логарифм также мог находиться под корнем, это не изменило бы способа решения.

И еще два примера на закуску

Исследовать ряд на сходимость

По общим «параметрам» общий член ряда подходит для использования предельного признака сравнения. Нужно всего лишь раскрыть скобки и сразу сдать на кандидата предельно сравнить данный ряд со сходящимся рядом . Впрочем, я немного слукавил, скобки можно и не раскрывать, но всё равно решение через предельный признак будет выглядеть несколько вычурно.

Поэтому мы используем интегральный признак Коши:

Подынтегральная функция непрерывна на

Получено конечное число, значит, исследуемый ряд сходится вместе с соответствующим несобственным интегралом.

! Примечание: полученное число – не является суммой ряда.

Исследовать ряд на сходимость

Решение и образец оформления в конце урока, который подходит к концу.

Да. Возможно, у некоторых возник вопрос, почему я начал этот урок с таким энтузиазмом? Всё просто – начался учебный год, а мне не нужно на учебу. Я столько мучался =( Что даже не устал в заключительных аккордах этой статьи.

В целях окончательного и бесповоротного усвоения темы числовых рядов посетите урок Знакочередующиеся ряды. Признак Лейбница. Примеры решений.

Пример 3: Используем признак Даламбера:

Таким образом, исследуемый ряд расходится.

Примечание: Можно было использовать и «турбо»-метод решения: сразу обвести карандашом отношение , указать, что оно стремится к единице и сделать пометку: «одного порядка роста».

Пример 5: Используем признак Даламбера:

Таким образом, исследуемый ряд сходится.

Пример 8: Используем радикальный признак Коши:

Таким образом, исследуемый ряд сходится.

Пример 10: Используем радикальный признак Коши:

Таким образом, исследуемый ряд расходится.
Примечание: Здесь основание степени , поэтому

Пример 12: Используем интегральный признак:.

Подынтегральная функция непрерывна на .

Получено конечное число, значит, исследуемый ряд сходится вместе с соответствующим несобственным интегралом.

Пример 14: Используем интегральный признак:

Подынтегральная функция непрерывна на .

Таким образом, исследуемый ряд расходится вместе с соответствующим несобственным интегралом.

Примечание: Ряд также можно исследовать с помощью предельного признака сравнения. Для этого удобно раскрыть скобки под корнем и сравнить исследуемый ряд с расходящимся рядом .

Автор: Емелин Александр

(Переход на главную страницу)

Zaochnik.com – профессиональная помощь студентам

cкидкa 15% на первый зaкaз, прoмoкoд: 5530-hihi5

Tutoronline.ru – онлайн репетиторы по математике и другим предметам

Источник