Processing math: 100%

Признак Даламбера

Признак Даламбера сходимости ряда в форме неравенств

Формулировка

Пусть дан ряд с положительными слагаемыми:

n=1an=a1+a2++an+
an>0

Если начиная с какого-то номера n0ϵN n>n0 выполняется неравенство an+1anq<1 qϵR, то ряд сходится.
Если же n0ϵN:n>n0 an+1an1, то ряд расходится.

Доказательство

Рассмотрим неравенство an+1anq для n=1 и n=2.

n=1:a2a1qa2qa1
n=2:a3a2qa3qa2q2a1

Таким образом n будет справедливо неравенство anqn1a1. При этом ряд n=1qn1a1 является сходящимся, а значит по признаку сравнения в форме неравенств ряд n=1an тоже сходится.

Если an+1an1, то справедливо неравенство an+1an>0, что противоречит необходимому условию сходимости ряда (limnan=0). Значит ряд n=1an расходится.

Иногда на практике удобнее использовать следствие из данной теоремы.

Следствие(признак Даламбера сходимости ряда в предельной форме)

Формулировка

Пусть дан ряд с положительными слагаемыми:

n=1an=a1+a2++an+
an>0

Если существует предел:

limnan+1an=K

Тогда:

  1. Если K<1, то ряд сходится.
  2. Если K>1, то ряд расходится.
  3. Если K=1, то признак не дает возможности сказать что-либо о сходимости данного ряда.

Доказательство

Пусть limnan+1an=K. Из определения предела запишем: ε>0Nε:n>Nε|an+1anK|<εKε<an+1an<K+ε. Если K<1, то положим ε=1K2, тогда q=K+ε<1 и тогда по признаку Даламбера в форме неравенств ряд сходится. Если же K>1, то положим ε=K12, тогда q=Kε>1, а значит ряд расходится. Для случая K=1 приведем пример сходящегося и расходящегося рядов. Ряд вида n=11n расходится и при этом limnnn+1=1. В то же время ряд n=11n2 сходится и при этом limnn2(n+1)2=limnn2n2+2n+1=1.

Пример

Дан ряд n=1ann!. Определить характер сходимости ряда.

Воспользуемся  признаком Даламбера в предельной форме.

limnan+1(n+1)!ann!=limnan+1=0<1.

Значит исходный ряд сходится.

Тест

Предлагаем пройти тесты и закрепить пройденный материал

Признак Коши

Признак Коши сходимости ряда в форме неравенств

Формулировка

Пусть дан ряд с неотрицательными слагаемыми:

n=1an=a1+a2++an+
an0

Если начиная с какого-то номера n0ϵN n>n0 выполняется неравенство nanq<1 qϵR, то ряд сходится.
Если же n0ϵN:n>n0 nan1, то ряд расходится.

Доказательство

Пусть n0ϵN:n>n0nanqanqn. Так как 0<q<1, то ряд n=1qn будет сходиться, а значит по признаку сравнения в форме неравенств ряд n=1an так же является сходящимся.

Если n0ϵN:n>n0nan1an1, что противоречит необходимому условию сходимости ряда (limnan=0). Значит ряд n=1an расходится.

Иногда на практике удобнее использовать следствие из данной теоремы.

Следствие (признак Коши сходимости ряда в предельной форме)

Формулировка

Пусть дан ряд с неотрицательными слагаемыми:

n=1an=a1+a2++an+
an0

Если существует предел:

limnnan=K

Тогда:

  1. Если K<1, то ряд сходится.
  2. Если K>1, то ряд расходится.
  3. Если K=1, то признак не дает возможности сказать что-либо о сходимости данного ряда.

Доказательство

Пусть limnnan=K. Из определения предела запишем: ε>0Nε:n>Nε|nanK|<εKε<nan<K+ε. Если K<1, то q=K+ε<1  и тогда по признаку Коши в форме неравенств
ряд сходится.

Если же  K>1, то q=Kε>1, а значит ряд расходится.

Пример

Дан ряд n=1(n+1n+2)n2. Исследовать ряд на сходимость.

Воспользуемся  признаком Коши в предельной форме.

limnnan=limn(n+1n+2)n=limn1(n+2n+1)n=limn1(1+1n+1)nn+1n+1=limn1((1+1n+1)n+1)nn+1=1e1=1e<1.

Значит исходный ряд сходится.

Тест

Предлагаем пройти тесты и закрепить пройденный материал

Признак сравнения

Признак сравнения сходимости рядов в форме неравенств

Формулировка

Пусть даны два ряда с неотрицательными членами:

n=1an=a1+a2++an+    (A)
n=1bn=b1+b2++bn+    (B)

Если, начиная с какого-то номера NεN n>N выполняется неравенство 0anbn, тогда:

  1. Из сходимости ряда (B) следует сходимость ряда (A).
  2. Из расходимости ряда (A) следует расходимость ряда (B).

Доказательство

  1. (A) и (B) — ряды с неотрицательными членами. Частичные суммы рядов (A) и (B) обозначим как S(A)n и S(B)n. Из условия 0anbn можно сказать, что S(A)nS(B)n. Пусть ряд (B) сходится, тогда, согласно критерию сходимости ряда с неотрицательными членами, его частичные суммы S(A)n ограничены, а значит S(B)n также будут ограничены (S(A)nS(B)n). Тогда по вышеупомянутому критерию ряд (B) тоже будет сходиться.
  2. Пусть ряд (A) расходится. Докажем методом от противного. Предположим что ряд (B) сходится. Тогда согласно утверждению доказанном в пункте 1, ряд (A) тоже должен сходиться, что противоречит условию. Значит ряд (B) расходится.

Иногда на практике удобнее использовать следствие из данной теоремы.

Следствие (признак сравнения сходимости рядов в предельной форме)

Формулировка

Пусть даны два ряда с неотрицательными членами:

n=1an=a1+a2++an+    (A)
n=1bn=b1+b2++bn+    (B)

Если существует предел:

limnanbn=K      0<K<+

Тогда:

  1. Если ряд (B) сходится и K<+, то ряд (A) сходится.
  2. Если ряд (B) расходится и K>0, то ряд  (A) расходится.

Доказательство

  1. Пусть ряд (B) сходится и K<+. Из определения предела запишем: ε>0Nε:n>Nε|anbnK|<εKε<anbn<K+ε. Из неравенства получим: an<bn(K+ε). Ряд n=1bn(K+ε) сходится, так как это ряд полученный умножением членов ряда (B) на постоянное число K+ε. Тогда по признаку сравнения в форме неравенств ряд (A) сходится.
  2. Если ряд (B) расходится и K>0, тогда отношение bnan имеет конечный предел limnbnan=1K<. Предположим что ряд (A) сходится, тогда согласно утверждению доказанном в пункте 1, ряд (B) тоже сходится, что противоречит условию. Значит (A) расходится.

Пример

Дан ряд n=1(3+(1)n2)(1+sin3n)n32. Исследовать ряд на сходимость.

Для определения характера сходимости будем использовать признак сравнения. Попробуем оценить данный ряд сверху.

(3+(1)n2)(1+sin3n)n3252n32=O(1n32)

Ряд вида n=11nα сходится при α>1.

32>1 значит полученный ряд сходится, а значит сходится и исходный.

Тест

Предлагаем пройти тесты и закрепить пройденный материал

Абсолютная и условная сходимость рядов

Рассмотрим числовой ряд с бесконечным множеством положительных и бесконечным множеством отрицательных членов. Такой ряд называется знакопеременным рядом.

Запишем произвольный знакопеременный ряд
a1+a2+a3++an+=n=1an (1),
где числа a1,a2,a3,,an, являются как положительными, так и отрицательными, причем располагаются они в ряде произвольно. Так же рассмотрим ряд, составленный из абсолютных величин членов ряда (1):
|a1|+|a2|+|a3|++|an|+=n=1|an| (2).
Для знакопеременных рядов справедлива следующая Теорема:

Теорема 1

Если ряд (2) сходится, то сходится и ряд (1).

Доказательство

Предположим, что ряд (2) сходится. Обозначим через Sn частичную сумму ряда (1), а через σn частичную сумму ряда  (2). Тогда: Sn=a1+a2+a3++an;

σn=|a1|+|a2|+|a3|++|an|. Так как ряд  (2) сходится, то последовательность его частичных сумм σn имеет предел limnσn=σ, при этом для любого n справедливо неравенство

σnσ (3),
Поскольку члены ряда  (2) неотрицательны.
Обозначим через Sn сумму положительных членов, а через S»n сумму модулей отрицательных членов, содержащихся в сумме Sn.
Тогда
Sn=SnS»n (4),
σn=Sn+S»n (5).
Видно, что последовательности Sn и S»n не убывают, а из равенства (5) и неравенства (3) следует, что они являются ограниченными: Snσnσ и S»nσnσ. Следовательно, существуют limnSn=S и limnSn»=S». Но в таком случае, в силу равенства (4), последовательность частичных сумм ряда (1) имеет предел
limnSn=limn(SnS»n)=limnSnlimnS»n=SS».

Это означает, что ряд (1) сходится. ◼

Пример 1

Ряд 1122132+142+152162172+ согласно доказанной Теореме 1 сходится, т. к. сходится ряд, составленный из абсолютных величин членов данного ряда: 1+122+132+142+152+162+172+
Ниже представлен график поведения первых двадцати, составленных из абсолютных величин, членов ряда
Пример 1(абсолют.сход.)
Рассмотренный признак сходимости знакопеременного ряда является достаточным, но не необходим, т. к. существуют знакопеременные ряды, которые сходятся, а ряды, составленные из абсолютных величин их членов, расходятся. Так, например, ряд n=11n+11n согласно признаку Лейбница сходится, а ряд n=11n, составленный из абсолютных величин его членов, расходится.

Поэтому все сходящиеся ряды можно разделить на абсолютно и условно сходящиеся.

Ряд с действительными или комплексными членами n=1an называется абсолютно сходящимся, если сходиться ряд n=1|an|.

Ряд n=1an называется условно сходящимся, если этот ряд сходиться, а ряд n=1|an| расходиться.

Спойлер

Абсолютная и условная сходимость рядов

Предлагаем Вам пройти тест на тему «Абсолютная и условная сходимость рядов».


Таблица лучших: Абсолютная и условная сходимость рядов

максимум из 5 баллов
Место Имя Записано Баллы Результат
Таблица загружается
Нет данных