Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ду и ряды для ОЗО.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
3.88 Mб
Скачать

Примеры для самостоятельного решения

Решить уравнения:

1. ; 2. ; 3. ; 4. .

Написать частные решения с неопределенными коэффициентами:

5. 6. , 7. .

Ответы: 1. , 2. ,

3. , 4. , 5. , 6. , 7. .

Глава 2. Ряды

  1. Числовые ряды

5.1. Основные понятия

Выражение вида (5.1)

называется числовым рядом, где действительные или комплексные числа, называемые членами ряда, общий член ряда.

Сумма первых членов ряда называется -й частичной суммой ряда и обозначается , т.е. .

Если последовательность частичных сумм ряда имеет конечный предел при , то ряд называется сходящимся, число называют суммой ряда. Если не существует или , то говорят, что ряд (1.1) расходится. Такой ряд суммы не имеет.

Пример 5.1. Рассмотрим ряд

. (5.2)

Члены ряда (5.2) есть члены геометрической прогрессии, сумма первых членов которой находится по формуле = , .

1). Если , то при , , ряд (5.2) сходится и его сумма равна .

2). Если , то при . Поэтому , ряд (5.2) расходится.

3). Если , то ряд (5.2) принимает вид . В этом случае , , т.е. ряд расходится.

4). Если , то ряд (5.2) принимает вид . В этом случае при четном и при нечетном . Поэтому не существует, ряд расходится.

Таким образом, ряд сходится при и расходится при .

Например, ряд есть ряд, составленный из членов геометрической прогрессии при . Следовательно, ряд сходится и его сумма

.

Пример 5.2. Рассмотрим ряд . Общий член ряда . Для удобства вычисления частичной суммы перепишем его в виде . Тогда:

.

Следовательно, , т.е. ряд сходится и его сумма равна 1.

Рассмотрим некоторые свойства рядов.

Свойство 1. Если ряд (5.1) сходится и его сумма равна , то ряд

(c − произвольное число) (5.3)

также сходится и его сумма равна .

Доказательство. Обозначим -ю частичную сумму ряда (5.1) через , а ряда (5.3) через . Тогда

,

.

Следовательно, ряд (5.3) сходится и его сумма равна .

Свойство 2. Если ряды и сходятся и их суммы соответственно равны и , то сходятся ряды и их суммы соответственно равны .

Свойство 3. Если к ряду (5.1) прибавить (или отбросить) конечное число членов, то полученный ряд и ряд (5.1) сходятся или расходятся одновременно.

Свойства 2, 3 доказываются аналогично свойству 1.

Ряд называется -м остатком ряда (5.1). Он получается из ряда (5.1) путем отбрасывания первых его членов.

Ряд (5.1) и его остаток, согласно свойству 3, одновременно сходятся или расходятся.

Из этого же свойства следует, что если ряд (5.1) сходится, то при его остаток стремится к нулю. Действительно, в случае сходимости ряда (5.1) имеем: , где , или . Тогда .

Примеры для самостоятельного решения

Найти сумму ряда: 1. , 2. .

Ответы: 1. , 2. .

5.2. Необходимый признак сходимости

Установить сходимость или расходимость ряда путем вычисления (как это сделано в примерах 5.1, 5.2) во многих случаях является непростой задачей. Поэтому для выяснения сходимости ряда используют специальные признаки сходимости.

Т еорема 5.1 (необходимый признак сходимости). Если ряд сходится, то предел его общего члена при равен нулю.

Доказательство. Пусть ряд сходится. Тогда, учитывая, что , получим .

Следствие (достаточное условие расходимости ряда). Если предел -го члена ряда отличен от нуля или не существует, то ряд расходится.

Действительно, если бы ряд сходился, то, согласно теореме 5.1, , что противоречит условию. Следовательно, ряд расходится.

Пример 5.3. Исследовать сходимость ряда .

Решение. , поэтому по достаточному условию расходимости данный ряд расходится.

Пример 5.4. Исследовать сходимость ряда

.

Решение. Так как по второму замечательному пределу , то ряд расходится.

Следует отметить, что теорема 5.1 дает необходимое условие сходимости ряда, но не достаточное, т.е. если , то из этого еще не следует, что ряд сходится. В качестве примера рассмотрим ряд

, (5.4)

называемый гармоническим. Здесь . Однако этот ряд является расходящимся. Покажем это. Запишем сумму первых и членов ряда:

, .

Найдем разность , в которой каждое слагаемое заменим наименьшим, равным . Получим , или . Теперь предположим, что ряд (5.4) сходится, тогда . Переходя к пределу в неравенстве, получим, что , или . Пришли к противоречию, следовательно предположение о сходимости ряда (5.4) неверно, т.е. гармонический ряд расходится.