- •Глава 1 ЧИСЛОВЫЕ РЯДЫ
- •1.1. Сходимость ряда и его частичная сумма
- •1.3. Геометрический ряд
- •1.4. Ряды с положительными членами и их сходимость
- •1.6. Знакочередующиеся ряды
- •Глава 2 СТЕПЕННЫЕ РЯДЫ
- •2.2. Разложение функций в ряд Маклорена
- •2.3. Ряды Тейлора
- •3.1. Финансовое событие и финансовый поток
- •3.2. Постоянная рента
- •3.3. Арифметическая и геометрическая ренты
- •Решения и ответы к главе 1
- •Решения и ответы к главе 2
- •Решения и ответы к главе 3
- •Решения и ответы к задачам для повторения
∞ |
|
2 |
−n +5 |
|
n+2 |
Упражнение 12. Исследовать сходимость ряда ∑ |
5n |
. |
|||
2 |
+2n +1 |
||||
n=1 |
|
3n |
|
19B1.5. Абсолютная и условная сходимость
знакопеременных рядов
∞
С каждым рядом ∑an можно связать положительный ряд, состав-
n=1
ленный из модулей его членов
∞ |
(7) |
∑an , |
n=1
сходимость которого связана со сходимостью исходного ряда. В частности, если сходится ряд (7), то сходится и исходный знакопеременный ряд.
Знакопеременный ряд называется абсолютно сходящимся, если сходится ряд (7) из модулей его членов. Знакопеременный ряд называется
условно сходящимся, если он сходится, а ряд (7) из модулей его членов расходится. Таким образом, всякий абсолютный сходящийся ряд сходится.
Пример 16. Исследовать сходимость знакопеременного ряда
∑∞ sin n
n=1 3n .
Решение. Поскольку sin n ≤1, то общий член положительного
ряда оценивается как |
|
|
sin n |
|
|
≤ |
1 |
. А так как геометрический ряд с |
q = |
1 |
|
|
|||||||||
|
|
n |
|
|
n |
3 |
||||
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
|
сходится, то ряд из модулей членов исходного ряда также сходится. Таким образом, данный знакопеременный ряд сходится абсолютно.
Упражнение 13. Исследовать сходимость знакопеременного ряда
∑∞ cos n
n=1 n2 .
20B1.6. Знакочередующиеся ряды
Далее мы более подробно остановимся на рядах, члены которых имеют чередующиеся знаки. Такие ряды называются знакочередующимися. Их принято обозначать
∞ |
(8) |
∑(−1)n−1an , an > 0 , |
n=1
17
а сходимость исследуют с помощью следующего признака. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
Признак Лейбница. Если абсолютные величины an членов ряда |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(8), монотонно убывая, стремятся к нулю, т.е. a |
|
< a |
и |
|
lim a |
n |
= 0 , |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n+1 |
∞ |
|
n |
|
|
n→∞ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то ряд (8) сходится. При этом любой остаток rk |
= ∑ (−1)n−1an ряда |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(8) |
не |
превосходит по |
модулю |
первого |
|
|
|
|
n=k+1 |
членов, т.е. |
|||||||||||||||||||||||
|
из своих |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
rk |
|
|
≤ ak+1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Пример 17. Выяснить, сходится ли ряд − |
+ |
|
− |
|
+ |
|
−... абсо- |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
36 |
|
49 |
|||||||||||||||||||||||||||||
лютно, условно или расходится. |
|
|
|
|
10 |
23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(−1)n n |
|
||||||||||||||||
|
Решение. Легко видеть, что общий член ряда равен |
|
с |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
13n −3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
n |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
a = |
|
|
|
|
. Так как c = lim |
|
= |
|
|
≠ 0, то ряд расходится. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
n |
13n −3 |
n→∞ 13n −3 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
n |
(3n |
−2) |
|
|
|
|
||||
|
Упражнение 14. Выяснить, сходится ли ряд |
∑ |
(−1) |
|
абсо- |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
−2n +2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
лютно, условно или расходится. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
n |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Пример 18. Выяснить, сходится ли ряд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
− |
1 |
+ |
1 |
|
|
− |
1 |
|
+ |
1 |
−... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
10 |
23 |
|
|
36 |
|
49 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
абсолютно, условно или расходится.
Решение. Аналогично первому примеру, общий член ряда равен
|
(−1)n |
и a |
n |
= |
|
|
1 |
. В этом случае c = lim |
1 |
= 0 и последователь- |
||||||||||||||
13n −3 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
13n −3 |
|
|
|
n→∞ 13n −3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ность |
{a |
} |
|
монотонно |
убывает. Действительно, |
|
an+1 |
= |
13 |
(n +1)−3 |
|
= |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
an |
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
13n −3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13n −3 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
= |
<1. Таким образом, исходный ряд сходится. Для определения |
|||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
|
13n +10 |
|
|
|
|
|
∞ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
сходимости ряда |
∑ |
|
|
сравним его с (расходящимся) |
гармониче- |
|||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 13n −3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18
∞ |
|
|
|
1 |
|
|
n |
|
1 |
|
|
|
13n −3 |
|
|
|
|
||||
ским рядом ∑1 . |
Вычисляя предел c = lim |
|
= lim |
= |
≠ 0, |
|||||
|
|
13n −3 |
|
|||||||
n=1 |
n |
n→∞ |
1 |
|
n→∞ |
13 |
|
n
убеждаемся, что соответствующий ряд из модулей расходится. Исходный ряд сходится условно.
|
|
|
|
∞ |
|
π |
|
3 2 |
|
|
Пример 19. Выяснить, |
сходится ли ряд ∑(−1)n tg |
|
абсолютно, |
|||||
|
3n |
||||||||
условно или расходится. |
|
|
n=1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Решение. Так как |
функция y = tg x |
монотонно |
возрастает на |
|||||
|
π |
|
π |
3 2 |
|
|
|
|
|
0; |
, то последовательность an = tg |
|
|
является убывающей и |
|||||
3n |
|||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
бесконечно малой. Поэтому исходный ряд сходится. Так как при малых
x функция tg x ≈ x , |
то сравним теперь ряд из модулей с обобщенным |
||||||||||||||||||||||||||||||
гармоническим рядом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
3 2 |
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
3 2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
∞ |
|
|
|
|
|
|
tg |
|
|
|
|
|
|
|
tg |
|
|
|
|
|
|
3 2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
3n |
|
|
π |
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|||||||||||||
∑ |
|
с = lim |
|
|
|
|
|
|
|
3n |
|
|
|
|
|
≠ 0 . |
|||||||||||||||
|
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|||||||||
n |
3 2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
||||||||||||||||
n=1 |
|
|
|
n→∞ |
|
|
|
|
|
|
n→∞ |
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n3 2 |
|
|
|
|
|
|
3n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
∞ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|||
Поскольку ряд ∑ |
|
|
сходится, то сходится и ряд ∑an . Итак, ис- |
||||||||||||||||||||||||||||
3 2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n=1 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|||
ходный ряд сходится абсолютно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
n−1 |
|
|||
Упражнение 15. |
Выяснить, сходится ли ряд |
|
∑ |
(−1) |
|
|
|
абсолютно, |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
условно или расходится. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 n +ln n |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
2n +1 абсолют- |
||||||
Упражнение 16. Выяснить, сходится ли ряд ∑(−1)n+1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
n! |
|
но, условно или расходится.
19