Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

киб_3_семестр_матан_лекции

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
10.05.2015
Размер:
4.03 Mб
Скачать

Положительные ряды, признаки сравнения.

Опр5(положительного ряда):

Дейчтвительный числовой ряд

 

 

, где t 0

(7)

 

называют положительным рядом.

 

 

 

Практически это сводится к un>0, т.к. нулевые члены ряда можно отбросить и провести переобозначение.

Замечание 4

Для числовых рядов существует единственный необходимый признак и критерий Коши, для положительный рядов существует несколько достаточных. К достаточным относятся признаки сравнения, признак Коши радикальный и интегральный, признак Даламбера и один критерий (н. и д.)

Теорема5 (критерий сходимости положительных числовых рядов)

Для того, чтобы ряд (6) сходился необходимо и достаточно, чтобы

последовательность его частичных сумм {Sn} была ограничена сверху.

 

 

 

 

 

 

^ − сходится i н.и д.

Sn

yограничена сверхуz

]

 

h

[ wx

 

т. е. lim . = .

 

 

 

\

g

 

 

 

Замечание 5

Последовательность( ) {Sn} для положительных рядов является возрастающей .

Док-во: Необходимость(=>?) :

{Sn} ограничена?

Т.к. ряд сх, то lim. = ., |. } ( ) . ≤ . для B, т.е

последовательность частичных сумм ограничена сверху.

Достаточность(?<=) :

Так как {Sn} возрастает и ограничена сверху, то по теореме из 1-го семестра

существует lim. = .

=> ряд сходится.

 

Теорема 6 (признак сравнения допредельный)

 

Пусть даны

 

 

 

 

1) Два числовых ряда:

 

 

 

 

 

, n > 0

 

 

, > 0 ;

n

 

 

2) ≤ n (не превосходит)

(может выполняться с N>n)

(8)

Тогда если

1)бо́льший ряд из vn сходится, то сходится и ме́ньший ряд из un .

2)Если ме́ньший ряд расходится => расходится и бо́льший.

Пример 1:

1

1

 

 

 

1

,

 

B5C ; n = 5C > = B5C

 

 

 

 

 

1

< 1

 

 

где n − геометрическая прогрессия , L = 5

Бо́льший ряд сходится => сходится и данный ряд.

Пример 2:

 

1

 

1

 

1

 

1

,

>

=>

− расходится,

B

B

 

√B

 

 

B

 

т.к. гармонический ряд расходится.

Из расходимости ме́ньшего следует расходимость бо́льшего.

Теорема 7(признак сравнения предельный)

1)Пусть даны два ряда

 

 

,

 

; , n > 0

 

n

2) lim

и равен q ; q > 0. Где n − эталонный ряд

n

 

 

 

 

 

 

Тогда оба ряда сходятся или расходятся одновременно.

Пример 3 1

1

 

= jB(B + 1) n = B

 

lim

B

= 1 > 0 расходятся оба

 

√B + 1

 

B → ∞

 

 

(Общие члены – эквивалентные б.м. при

)

Замечание 6

Допредельный+∞. признак сходимости фактически соответствует случаю когда k=0;

Пример4:

 

1

 

,

 

1

~

1

;

1

− расх. => расх и данный ряд

 

 

 

√B( + 5B

 

 

√B( + 5B B → ∞ B

 

B

 

Пример5:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

sin …⁄

~

 

 

 

sin …⁄

 

 

 

 

B

 

 

 

B

B → ∞

B

 

 

 

lim sin ⁄B = … > 0

=>

даннный ряд расходится

1N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание 7

Пример 1 показывается что не всегда работает предельный признак, т.к. предел1отношения равен нулю.

lim B5C = 0

5 1 C

по модулю.

Замечание 8 n

Для комплексных числовых рядов надо во всех признаках брать | | и | |

Теорема 8(Признак Коши радикальный)

 

сх,при L < 1

 

 

 

 

‡ конечный lim

ˆjM

то

Œ

 

 

 

= L‰ Š M Q расх, при L > 1

Пример:

 

 

н. н. с. , при L = 1

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

5

L = 5 < 1 сходится

 

 

 

 

 

Теорема 9(Признак Даламбера)

 

 

сх,при L < 1

 

 

 

 

 

&

то

 

 

 

 

• конечный lim

 

= LŽ

Š M Q расх,при L > 1

Œ

 

 

 

 

 

 

 

 

н. н. с. , при L = 1

 

Лекция 3

Достаточные признаки сходимости

положительных числовых рядов:

признак Коши радикальный, признак Даламбера,

признак Коши интегральный.

Доказательство теоремы 6(допредельного признака сравнения)

Докажем признак сравнения (допредельный(Т.6)).

Дано:

1)

 

> 0 ;

1)

 

> 0 ;

возможно выполнение > )

2)

2) ≤

3)

Тогда:

1.Из сходимости большего ряда (2) => сходимость меньшего ряда (1).

2.Из расходимости меньшего ряда (1) => расходимость большего ряда (2).

Докажем 1.

 

lim 2 3 = 2

Из сходимости большего ряда =>

Из неравенства 3) =>

что 2 5 ≤ 2 3 ≤ 2 => 62 57 − ограничена;

т.;

ряд 1) сх.

 

62 57 )возрастает <

 

Докажем 2.

Надо доказать: Из расходимости ряда 1) => lim2 3 = +∞ ; Действительно, дано, что lim2 5 = +∞ ряд расходится), но

из неравенства 3) => 2 3 ≥ 2 5 → +∞ => 2 3 → +∞ , т. е. ряд 2) расх.

Задание на дом: Доказать т.7(Предельный признак сравнения).

Указание: воспользоваться определением предела числовой последовательности.

Замечание 1

Если ряды (1) и (2) – комплексные, то для сравнения берутся | | и | |.

Теорема 8(признак Коши радикальный)

Пусть

1) ,

> 0

 

 

 

 

2) существует конечный lim H

= I

,

4)

 

G

 

 

 

 

тогда:

 

сх,

 

I L 1

 

ряд 1) =

 

 

 

Kничего сказать нельзя н. с. н. ), I = 1

исследования.

 

 

 

расх, I > 1

-нужны дополнительные

Замечание 2

Если исходный ряд – комплексный, то корень n-ой степени из общего

 

 

lim G| | = I

 

 

un берем по модулю, т.е. 2)

H

 

.

 

Доказательство:

 

 

 

 

N конечный lim G

 

= IP

STU V S)TU TV S)

)

H

 

H

 

выполняется:

 

1)I L 1 ;

 

X GYHZ[X\S

 

 

 

 

 

члена

(5)

Обозначим I − ] = ^ ; I + ] = _,

тогда

^ L G L _ L 1

 

 

6)

H

 

 

 

 

H

L _ → L _ , _

 

 

G

т.a

 

 

 

L 1

< ряд 1) сходится как геометрическая прогрессия с знаменателем

геометрической прогрессии, _ L 1.

^, _ > 1

7)

2) I > 1 ;

^ L G L _

 

 

H

 

 

^ L

=>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.a

 

 

8)

ряд 1) расх т. к. ^ − геом. прогр. ^ > 1)

 

 

 

<

 

 

 

расх ряд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) q=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

HGd = 1 lim d = f1 g − неопределенность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

) − ряд сх. по признаку Коши радикальному,

 

2 + 1

т. к. ;

lim

H

 

 

 

)

 

= lim

 

=

1

L 1

 

 

j

2 + 1

 

 

2

Пример2:

 

 

 

 

 

 

2 + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2 + 1l m ;

lim

Hn

 

= lim k2 + 1l = f1 g =

k2 + 1l m

 

2 + 3

 

2 + 3

 

 

 

2 + 3

 

 

= lim 1 −

2

) = lim 1 +

 

−2 ) Zo

o pq = rZ L 1 – ряд сх.

2 + 3

 

2 + 3

o pq

Zo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример3:

 

k + 1l

m

 

 

 

 

 

 

 

= lim k1 + 1l

 

 

 

 

;

 

 

H

 

 

m

= r > 1 − ряд расх.

 

 

lim nk + 1l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 9(признак Даламбера)

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

> 0 − бесконечный положительный ряд

 

 

 

9)

2) конечный

lim

p

= I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда:

 

сх,

 

 

I L 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ряд 1) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

Kрасх,

 

I > 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н. с. н. ,

I = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство:

 

 

 

 

 

 

 

 

] > 0

]) > 0 >

])

 

 

 

 

 

 

 

 

 

YHvw

 

 

 

 

{

u конечный limYH

= Ix y

вып − ся: zYYHvwH − Iz L ]

 

1. q<1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|Hvw

 

 

 

 

^ L L _ L 1

>

}))

 

 

 

|H

 

 

 

11)

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из правой части неравенства (11):

 

 

 

 

 

 

12)

p L _

 

 

 

 

>

(})

 

 

 

 

 

Vp

L _ V

L _|o~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vpo

L _ Vp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(13)

………………

Vp• L _V , ℓ<1

……………..

Справа неравенств (13) стоят общие члены геометрической прогрессии,

умноженной на число =>

 

 

 

 

 

 

 

т.a

_V − этот ряд сх. как геом. прогр. _ L 1)умноженной на V <

ряд

1)сходится по признаку сравнения.

 

2. q>1

 

 

 

 

 

 

 

YHvw

, >

( )

 

 

 

|H

}

 

 

p

L _

14)

> }))

^, _ > 1

1 L ^ L

Из левой част неравенства (14)=>

 

Vp > V;

т. е. последующий больше предыдущего, следовательно,

ряд 1)расх. по необх признаку сх − ти (конечно же, можно и по

допредельному признаку сравнения).

 

3. q=1

имеет место неопределенность.

 

Замечание 3

 

 

 

 

И в том, и в другом случае(т.8 и 9) при q=1 ничего сказать нельзя в силу

неопределенности, возникающей при вычислении предела.

Замечание 4

Для комплексных рядов и для числовых действительных рядов с разным

 

lim

|YH|

= I

 

распределением знаков 2)

 

|YHvw|

 

. В этих случаях говорим об

абсолютной сходимости.

Замечание 5

Признак Даламбера особенно удобно применять при наличии факториалов в общих членах числовых рядов.

Пример4:

 

 

 

 

 

5

;

lim

5 p !

= lim

5

= 0 L 1 − ряд сх .

!

 

+ 1)! 5

+ 1

 

Пример5:

 

+ 1)p !

 

1

 

 

 

 

 

;

lim

= lim k1 +

l

= r > 1 − ряд расх.

 

!

+ 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема10(признак Коши интегральный)

 

 

 

 

 

Пусть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

1)

; > 0 − бесконечный положительный ряд

 

2) на f1, +∞g „ …) > 0 − непрерывная положительная функция

 

3) „ ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда:

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15)

1. Из сх − ти несобственного инт − ла ˆ „ …)‰…

=> сх − ть ряда 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Из расх − ти несобственного инт − ла Šp „ …)‰…

(15)

=> расх − ть ряда 1)

 

 

 

 

 

 

 

Замечание 6

На самом деле имеет место более сильное условие: (необходимое и достаточное, а у нас только достаточное), что ряд и сопоставляемый с ним несобственный интеграл сходятся или расходятся одновременно.

Доказательство(геометрически):

Два способа доказательства: 1)Геометрический(см!) 2)Аналитический