РефератыАстрономияДоДостатні ознаки збіжності рядів з додатніми членами ознаки порівняння Даламбера радикальна та

Достатні ознаки збіжності рядів з додатніми членами ознаки порівняння Даламбера радикальна та

Пошукова робота на тему:


Достатні ознаки збіжності рядів з додатніми членами: ознаки порівняння, Даламбера, радикальна та інтегральна ознаки Коші.


П
лан


Ознаки порівняння рядів з додатними членами
Ознака Даламбера
Радикальна ознака Коші
Інтегральна ознака Коші

13.3. Ознаки порівняння рядів з додатними членами


Збіжність чи розбіжність знакододатного ряду часто встановлюється шляхом порівняння його з іншим рядом, наперед відомо збіжним або розбіжним. В основі такого порівняння лежать наступні теореми.


Нехай задані два ряди з додатними членами



(13.4)



(13.5)


Теорема.1
Якщо члени ряду (13.4) не більші відповідних членів ряду (13.5), тобто
, то із збіжності ряду (13.5) випливає збіжність ряду (13.4), а із розбіжності ряду (13.4) випливає розбіжність ряду (13.5).


Д о в е д е н н я. 1) Нехай ряд (13.5) – збігається. Позначимо частинні суми рядів (13.4) і (13.5) через
і
. Оскільки



,


то, очевидно,




Ряд (13.5) – збігається, тому існує границя
його частинної суми




Із того, що члени рядів (13.4) і (13.5) додатні, випливає, що
і тоді в силу нерівності




Отже, частинні суми послідовності
обмежені. Крім того, послідовність
монотонно зростаюча, а тому вона має скінчену границю при




Отже, ряд (13.4) збігається.


2) Нехай ряд (13.4) – розбігається. Тоді ряд (13.5) не може збігатися, тому що за доведеною теоремою (п.1) ряд (13.4) повинен збігатися, а це протирічить нашому припущенню.


Приклад.1
Дослідити збіжність ряду




Р о з в ‘ я з о к. Ряд
знакододатний. Для дослідження його на збіжність використаємо ознаку порівняння:




і ряд
збігається ( тут
), а тому за першою ознакою порівняння даний ряд збігається.


Зауваження.
Теорема має місце і у випадку, коли нерівності
виконуються, починаючи з деякого


Відкинувши перших
членів у рядах (13.4) і (13.5), які не вплинуть на збіжність чи розбіжність даних рядів, одержимо умови даної теореми.


Теорема 2.
Якщо існує границя



(13.6)


то із збіжності ряду (13.5), при
випливає збіжність ряду (13.4), а із розбіжності ряду (13.4) – розбіжність ряду (13.5) при


Д о в е д е н н я. Нехай ряд (13.5) збігається і
Взявши довільне як завгодно мале число
за визначенням границі, для


достатньо великих
будемо мати



, звідки


Одночасно з рядом (13.5) буде збігатися і ряд
одержаний множенням його членів на постійний множник
Звідси, за попередньою теоремою, випливає збіжність ряду (13.4).


Якщо ряд (13.5) розбігається і
то в цьому випадку обернене відношення
має скінченну границю і тоді ряд (13.4) повинен бути розбіжним, інакше, якщо б він збігався, то по доведеному, збігався би і ряд (13.4), що протирічить припущенню.


Приклад 2.
Дослідити збіжнісь ряду




Р о з в ‘ я з о к. Нехай
а
Ряд
збігається
.Оскільки


то із збіжності ряду
випливає збіжність і ряду


13.4. Ознака Даламбера


Теорема.
Якщо для ряду (13.4) з додатними членами відношення
го члена до
го при
має (скінчену) границю
тобто



(13.7)


то:


1) при
ряд (13.4) збігається;


2) при
ряд (13.4) розбігається;


3) при
теорема не дає відповіді на питання про збіжність чи розбіжність ряду.


Д о в е д е н н я. 1) Нехай
Розглянемо деяке число
що задовольняє умові
Із означення границі та співвідношення (13.7) випливає, що для всіх
буде виконуватися нерівність



(13.8)


Дійсно, оскільки величина
прямує до границі
то , починаючи з деякого номера
різниця між величиною
і числом
може бути зроблена за абсолютною величиною менше за довільне як завгодно мале додатне число, в тому числі, менше за
тобто




Звідси і випливає нерівність (13.8).


Запишемо нерівність (13.8) для різних значень
починаючи з номера
:



. (13.9)


Розглянемо тепер два ряди:



,



.


Другий ряд є геометричною прогресією з додатним знаменником
, тому він збігається. Члени цього ряду, починаючи з
, менші за члени першого ряду. За першою теоремою порівняння рядів ряд
- збігається, а це і є ряд (13.4).


2) Нехай
Тоді з рівності (13.7) випливає (при
) , що, починаючи з деякого номера
, буде виконуватися нерівність



,


або
Але це означає, що члени ряду (13.4) зростають, починаючи з номера
, а тому загальний член ряду не прямує до нуля. Значить, ряд розбігається.


Зауваження 1.
Ряд (13.4) буде розбігатися і в тому випадку, коли
Це випливає з того, що починаючи з деякого номера
, буде виконуватися нерівність
, або
.


Зауваження 2.
Якщо
, то ознака Даламбера не дає можливості встановити, збігається чи розбігається даний ряд. В одному випадку такий ряд може збігатися, а в іншому – розбігатися. Для вирішення питання про збіжність таки

х рядів необхідно застосувати іншу ознаку.


Зауваження 3.
Якщо
, але відношення
для всіх номерів
, починаючи з деякого, більше за одиницю, то такий ряд розбігається.


Це випливає з того, що при
буде виконуватися нерівність
, і загальний член не прямує до нуля при


Приклад 1.
Дослідити збіжність ряду



.


Р о з в ‘ я з о к. Використаємо ознаку Даламбера :
,



і



, тому ряд розбігається.


Приклад 2.
Дослідити збіжність ряду
.


Р о з в ‘ я з о к. Використовуючи ознаку Даламбера, одержимо



<1; отже, даний ряд збігається.


13.5. Радикальна ознака Коші


Теорема.
Якщо для ряду з додатними членами (13.4) величина



, (13.10)


то:


1) при
ряд (13.4) збігається;


2) при
ряд (13.4) розбігається;


3) при
теорема не дає відповіді на питання про збіжність чи розбіжність ряду.


Д о в е д е н н я. 1) Нехай
Розглянемо число
, що задовольняє умові
Починаючи з
, будемо мати




звідки випливає, що




або




Розглянемо тепер два ряди:



,



.


Другий ряд збігається, оскільки його члени утворюють геометричну прогресію. Члени першого ряду, починаючи з
, менші за члени другого ряду, а тому він за ознакою порівняння збігається.


2) Нехай
Тоді, починаючи з деякого номера
, будемо мати




або




Але, якщо всі члени даного ряду, починаючи з деякого
, більші за одиницю, то ряд розбігається, оскільки його загальний член не прямує до нуля.


Зауваження.
Як і в ознаці Даламбера, випадок
вимагає додаткового дослідження. Серед таких рядів можуть зустрітися як збіжні, так і розбіжні.


Приклад.
Дослідити збіжність ряду



.


Р о з в ‘ я з о к. Використаємо радикальну ознаку Коші:



>1 – ряд розбігається.


13.6. Інтегральна ознака Коші


Розглянемо ще одну ознаку, яка відрізняється по формі від всіх попередніх.


Нехай ряд має форму



, (13.11)


і
є значення при
деякої функції
, визначеної для
. Припустимо, що ця функція неперервна, додатна і монотонно спадна.


Теорема.
Нехай члени ряду (13.11) додатні і не спадають, тобто



(13.12)


і нехай
така неперервна неспадна функція, що



(13.13)


Тоді :


1) якщо невласний інтеграл
збігається, то збігається і ряд (13.11);


2) якщо невласний інтеграл
розбігається, то розбігається і ряд (13.11).


Д о в е д е н н я. Зобразимо члени ряду геометрично, відкладаючи на осі абсцис номера членів ряду, а на осі ординат – відповідні значення членів ряду
. Побудуємо на цьому ж рисунку графік неперервної функції
, що задовольняє умові (13.13). Ясно, що ця функція буде проходити через точки
(рис. 13.1).





Рис.13.1 Рис.13.2


Зауважимо, що площа
го прямокутника дорівнює
, а сума площ побудованих
прямокутників дорівнює частинній сумі ряду
З іншого боку, ступенева фігура, утворена цими прямокутниками, містить область, що обмежена кривою
і прямими
; площа цієї області дорівнює
Отже,



(13.14)


На рис.13.2 перший (зліва) із побудованих прямокутників має висоту
, а тому його площа буде
Площа другого прямокутника
і т.д. Площа останнього із побудованих прямокутників буде


Отже, сума площ всіх побудованих прямокутників дорівнює




З іншого боку, як легко помітити, ступенева фігура, утворена цими прямокутниками, міститься всередині криволінійної трапеції, обмеженої кривою
і прямими


Площа цієї криволінійної трапеції дорівнює
Тому




звідки



. (13.15)


Розглянемо тепер обидва випадки.


1). Нехай невласний інтеграл
збігається. Оскільки




то в силу нерівності (1.15) будемо мати




тобто частинна сума ряду, яка є монотонно зростаючою (члени ряду додатні) , залишається обмеженою. Значить,
при
має скінчену границю
, тобто ряд збігається.


2). Нехай невласний інтеграл
розбігається, тобто
Це значить, що
необмежено зростає при зростанні
Але, в силу нерівності (13.14),
також необмежено зростає при зростанні
, тобто ряд розбігається.


Таким чином, теорема повністю доведена.


Зауваження .
Доведена теорема залишається справедливою і в тому випадку, коли нерівності (13.12) виконуються, лише починаючи з деякого


Розглянемо ряд




Оскільки невласний інтеграл
збігається при
і розбігається при
то і даний ряд буде збігатися при
і розбігатися при


Приклад.
Дослідити збіжність ряду




Р о з в ‘ я з о к.



;


Для дослідження збіжності ряду
використаємо інтегральну ознаку Коші:





; інтеграл збігається, отже, і


ряд
- збігається. Тому за ознакою порівняння


ряд
також збігається.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Достатні ознаки збіжності рядів з додатніми членами ознаки порівняння Даламбера радикальна та

Слов:1661
Символов:12051
Размер:23.54 Кб.