Материал: Числовые ряды (96

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

 

Решение. Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an =

10 + (−1)n

; an+1 =

10 + (−1)n+1

.

 

 

 

 

Предел n

 

 

 

 

 

 

 

2n

n

 

 

 

 

 

 

2n+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= n

 

 

 

 

 

 

n

=

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

an+1

 

 

lim

10 + (−1)n+1

∙2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2 (10 + ( 1) )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

→∞ an

 

 

 

→∞

 

 

 

 

 

 

=

 

n→∞

 

 

 

 

 

не существует Признак Даламбера

«

не рабо

-

2

10 + (

 

 

1)n

 

1 lim

10 + (−1)n+1

 

 

 

 

 

∙

 

∙ .

−

 

 

 

 

 

 

тает».

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

n

 

 

 

lim

n

10 + (

 

1)n

 

 

1

< 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n−

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

n→∞

√an = n→∞ r

 

 

2

 

 

 

 

Следовательно, ряд сходится по радикальному признаку Коши.

Если признак Даламбера дает в пределе q = 1, то и по радикаль-

ному признаку Коши получим q = 1.

Если по радикальному при-

знаку Коши получаем q = 1, то по признаку Даламбера также q = 1

или предел не существует. Таким образом, если при исследовании

сходимости ряда по одному из этих признаков получаем q = 1, то

второй применять не имеет смысла.

 

 

 

 

 

Теорема

6.

 

Интегральный признак Коши. Если существует

функция f (x),

положительная, непрерывная, монотонно убываю-

щая на промежутке [x0, +∞) и такая,

что f (n) = an,

 

 

∞

то ряд ∑ an

 

 

 

 

+∞

 

 

 

 

 

 

 

n=n0

и несобственный.

 

 

 

сходятся или расходятся од-

интеграл xR0

f (x)dx

новременно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример

20.

 

 

 

 

 

∞

1

 

 

 

 

 

 

∑

.

 

 

Исследовать на сходимость ряд n=2

n√

 

 

 

 

ln n

 

Решение. Функция f (x) =

1

 

положительная и убывает на

x√

 

 

ln x

 

промежутке

[2, +∞). Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

+∞

b

 

 

 

 

 

b

 

 

=

 

 

 

 

 

 

Z

x√ln x = b→+∞ Z

x√ln x = b→+∞ Z

 

√ln x

 

 

 

 

 

 

 

dx

dx

 

 

 

 

 

d (ln x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

2√

 

 

 

 

2

 

 

 

 

√

 

√

 

=

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

lim

ln x

 

=

2

lim

ln b

ln 2

,

 

 

= b→+∞

 

2

 

b→+∞

 

 

 

−

 

 

т е несобственный интеграл расходится Следовательно расходит

 

ся и ряд.

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

,

 

 

 

-

. .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отметим что сходимость и расходимость рядов Дирихле следу ют из интегрального, признака Коши. -

Задачи для самостоятельного решения

 

∞

 

 

√

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1 ln n + 5

 

 

 

 

 

 

 

∞

lg n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

∑

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=2

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

ecos n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

∞

 

 

2 + n

 

 

 

7)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=2 n −1

 

 

 

 

 

n3

 

∞

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

9)

∑

 

 

1 +

 

 

 

;

2n

n2

n=1

 

 

1

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11)

∑

 

 

 

 

 

 

 

√n

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√3 n

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

sh n

 

 

 

 

 

 

13)

∑

√

 

 

 

;

 

 

 

n=1 chn −1

 

 

 

∞1

15)∑ √ ; n=2 n nln n

 

 

 

1

 

 

 

 

∞

5

+ arcsin √

 

 

 

 

 

n

 

17)

∑

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

√3 n

 

 

∞

2

∙7 ∙12 ∙... ∙(5n −3)

 

19)

∑

;

 

 

n=1

2 ∙5 ∙8 ∙... ∙(3n −1)

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) ∑ sin

 

 

 

 

 

 

 

+ 3

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

n3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

ln n + 2√

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

∑

 

 

 

 

√5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

ln(4 + sin n)

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

− n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8)

∑

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

4n −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

∑

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

4n + 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12)

∑

3

 

 

 

√

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=2

 

2n√ln3 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=3 n ln n ln (ln n)

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

3

+p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3n

 

 

+

√

 

+

1

 

18)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

√3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

2

 

 

 

n=1

 

 

 

(n + 1)

 

 

∙

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

∙

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20)

∑ n !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

 

∞

 

 

 

 

nn

 

 

 

 

 

 

21)

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

3n ∙(4n +

 

 

 

 

 

 

n=1

1)

 

∞

3

n

 

∙n !

 

 

 

 

 

 

 

23)

∑

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

nn

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

(n !) 2

 

 

 

 

 

 

 

25)

∑

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

(2n) !

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

sin2 n

 

 

 

 

 

 

27)

∑

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=2 n3 −n −1

 

∞

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

29)

∑

 

 

 

sin

;

 

 

 

 

 

 

 

n=1 rn −

 

 

 

n

1) расходится;

3) сходится;

5) сходится;

7) расходится;

9) расходится;

11) расходится;

13) расходится;

15) сходится;

17) расходится;

19) расходится;

21) расходится;

23) расходится;

25) сходится;

27) сходится;

29) сходится;

18

 

∞

2

n

∙n !

 

 

 

 

 

22)

∑

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

nn

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

(2n) !

 

 

 

 

 

24)

∑

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

5n ∙n !

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

√4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4n

6

−n

3

−1

 

26)

∑

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

√3 n7 + n2 + 10

 

n=1

 

 

− − n

 

∞

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

28)

∑

 

 

e n

 

1

 

;

 

∞

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

30)

∑

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n=2

 

(ln n)

 

 

 

 

 

Ответы

2) расходится;

4) расходится;

6) расходится;

8) сходится;

10) расходится;

12) сходится;

14) сходится;

16) расходится;

18) расходится;

20) расходится;

22) сходится;

24) расходится;

26) расходится;

28) сходится;

30) сходится.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

 

 

3.

ЗНАКОПЕРЕМЕННЫЕ РЯДЫ

 

 

 

Числовой ряд, содержащий бесконечное число положительных

и бесконечное число отрицательных членов, называется

знакопере-

менным (например, если общий член ряда содержит множитель ви-

да cos n, sin

πn и т. п.). Знакопеременный ряд называется

знакочере-

дующимся,

если все четные члены имеют один знак, а нечетные —

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

противоположный. Например, если общий член ряда содержит мно-

житель (−1)n = cos πn. Ряд, содержащий конечное число положи-

тельных или отрицательных членов, исследуют на сходимость как

знакоположительный, так как отбрасывание конечного числа чле-

нов ряда и почленное умножение на

– 1 не влияет на сходимость.

Пример

 

Исследовать на сходимость ряд n=1

(10 + n2)√n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

2

 

 

 

 

21.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑

10 −n

 

.

Решение. Первые три члена положительные, а остальные —

от-

рицательные. Отбрасываем первые три члена, остальные умножаем

на – 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем

 

 

n2√n

 

√n

при

 

→

 

 

 

 

 

 

(10 + n2)√n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2 −10

 

 

n2

=

1

 

 

 

n

 

 

 

∞.

 

 

 

Ряд n=4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√n расходится как ряд Дирихле с

 

 

2

 

 

∞

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p =

 

< 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ряд расходится по предельному признаку сравнения.

 

 

 

Абсолютная и условная сходимости

 

 

Сходимость знакопеременного ряда может быть или абсолют-

ной или условной.

∞

 

 

 

 

 

Определение. Ряд

∑ an называется абсолютно сходящимся,

если ряд из его модулей n=1

|

 

| сходится Знакопеременный ряд на

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

∑

 

an

.

 

-

зывается условно сходящимся, если он сходится, а ряд из модулей

расходится.

 

 

 

 

Если ряд аб-

Теорема 7. Теорема об абсолютной сходимости.

солютно сходится, то он сходится и в обычном смысле.

 

 

 

 

 

 

19

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

 

 

Пример

 

 

Исследовать на сходимость ряд

 

n=1

 

 

3n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑

(−1)

2

 

 

=

 

 

 

−

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

2

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∑

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Ряд знакочередующийся. Ряд из модулей сходится как

геометрическая прогрессия со знаменателем

q =

3

< 1.

 

Поэтому

исходный ряд сходится абсолютно.

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

−

2

+

 

 

Пример

23.

Исследовать на сходимость ряд 1 − 1 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

−

 

+

 

 

 

−

 

+ ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Ряд знакочередующийся и сходится, так как четная ча-

стичная сумма S2n = 0, а общий член ряда an → 0 при n → ∞. Поэто-

му Sn

→ 0

и сумма ряда S = 0.

Ряд из модулей представляет собой

удвоенный гармонический ряд и поэтому расходится. Окончатель-

но исходный ряд сходится условно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разделение сходимости на абсолютную и условную оправдано

свойствами этих рядов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства знакопеременных рядов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. При перестановке членов абсолютно сходящегося ряда его

сумма не меняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

С помощью перестановки членов условно сходящегося ряда

его сумму можно сделать равной любому числу или бесконечности

(имеются в виду бесконечные перестановки).

который сходился к

 

 

Пример

24.

Возьмем ряд из примера 23,

нулевой сумме,

и представим его члены так,

чтобы после одного

положительного члена следовало два отрицательных:

8 + ...

1 −1 − 2 + 2 −

3 −

4 + 3 −

5 −

6 + 4

− 7 −

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

1

1

1

1

1

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

Заметим что в конечных суммах такая перестановка невозмож на так как не, хватило бы отрицательных членов В данном случае- невозможно, указать конкретно номер положительного. члена для которого бы не хватило двух отрицательных. ,

20

Источник: https://studfile.net/preview/16723126/