киб_3_семестр_матан_лекции
.pdfПоложительные 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
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) => lim→ 2 3 = +∞ ; Действительно, дано, что lim→ 2 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 lim→ YH |
= 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