Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт - филиал нияу мифи

Конспект лекций

по теме:

«Числовые ряды»

Волгодонск

2010

Числовые ряды

Определение: Рассмотрим бесконечную числовую последовательность:

числовым рядом называется выражение , где – общий член ряда.

Пример:

-знакоположительный ряд

-знакочередующийся ряд

Последовательность , где ;; - последовательность частичных сумм ряда.

Каждая частичная сумма содержит конечное число слагаемых.

Числовой ряд называется сходящимся, если существует конечный

, то ряд называется расходящимся и суммы S не имеют.

1)Рассмотрим ряд из членов геометрической прогрессии.

, где n – частичная сумма ряда - сумма n первых членов геометрической прогрессии.

Рассмотрим 3 случая:

1) геометрическая прогрессия убывающая.

сходится и имеет сумму

2)

3)

= не существует – ряд расходится.

Вывод: ряд из членов геометрической прогрессии сходится если и расходится

Элементарные свойства рядов

1) Если (1) сходится и имеет сумму S, то (2) тоже сходится, и имеет сумму CS, где С-const.

Доказательство: Пусть , n– ая частичная сумма 1 ряда.

, n–ая частичная сумма 2 ряда.

Т.к 1 ряд сходится, то .

Рассмотрим (2) ряд сходится.

Конец доказательства.

2) Если (1) сходится с суммой S₁, и (2) сходится с суммой S₂.

тоже сходится с суммой .

Доказательство:

Обозначим - n – частичная сумма 1 ряда.

- n – частичная сумма 2 ряда.

Рассмотрим n-ую частичную сумму ряда

и сумма .

Конец доказательства.

3) Любой ряд может быть представлен в виде:

, где - n – частичная сумма

- n – остаток ряда.

n – остаток ряда тоже является рядом.

Если , то и его остаток тоже сходится.

Доказательство: доказательство этого факта следует из того, что сумма ряда и сумма его остатка отличаются друг от друга на конечное число cлагаемых.

Конец доказательства.

Следствие: на сходимость ряда не влияет отбрасывание или приписывание в начало ряда конечного числа членов, например: 1+3+9+27+…

Дописывание : 1/9+1/3+1+3+9+27+.. отбрасывание: 1+3+5+7+9+11

4) Если сходится с суммой S.

Общий вывод: на практике необязательно выяснять сходимость ряда по определению (вычисляя сумму S). Достаточно просто знать сходится этот ряд или расходится, поэтому, основное место в теории рядов занимают теоремы – признаки сходимости, которые позволяют исследовать ряд на сходимость, не вычисляя его суммы.

Признаки сходимости

Необходимый признак сходимости:

Если сходится, то общий член

Доказательство: Пусть - n – частичная сумма.

- число.

При ,тоже и - n-1 – частичная сумма.

Она имеет предел .

Т.к

конец доказательства.

Необходимый признак сходимости неудобен на практике, т.к по поведению общего члена U_n на бесконечности нельзя судить о сходимости ряда.

На практике удобно пользоваться достаточным признаком расходимости ряда:

Если не стремится к 0 при

Примеры:

1)

2)

Числовые ряды с положительными членами

Рассмотрим знакоположительный числовой ряд , где .Последовательность частичных сумм такого ряда будет всегда возрастающей:

На 1 курсе была доказана теорема о том, что: монотонно возрастающая последовательность, ограниченная сверху имеет конечный предел.

- число.

Для знакоположительного ряда достаточно доказать, что, последовательность частичных сумм ограничена сверху числом (возрастание и так есть).

1^й признак сравнения

Дано 2 ряда с положительными членами(1) и (2) и начиная с некоторого номера N выполняется неравенство , тогда если (2) сходится то и (1) сходится. Если (1) расходится то и (2) тоже расходится, (ряд меньший сходящегося тоже сходится, ряд больший расходящегося тоже расходится).

Доказательство: Обозначим через - n – частичная сумма 1 ряда и - n – частичная сумма 2 ряда.

Т.к . Пусть 2 ряд сходится, тогда , причём ограничена сверху числом (1) сходится.

Пусть 1 ряд расходится , т.к расходится.

Конец доказательство.

Замечание: при доказательстве этого признака мы считали, что неравенство выполняется с 1 номера. Этот факт не влияет на сходимость, т.к по свойству рядов отбрасывание n – первых членов ряда на сходимость ряда не влияет.

Для сравнения необходим стандартный набор рядов, о сходимости всё известно. К таким рядам относятся:

Ряды для сравнения:
Ряды членов геометрической прогрессии:	Обобщенно гармонический ряд: (строгое доказательство будет проведено после интегрального признака сходимости)

Примеры:

1)

2)

3)

II признак сравнения (предельный)

Дано 2 ряда с положительными членами(1) и (2) и - число (1) и (2) сходятся и расходятся одновременно.

Доказательство:

- число по определению предела последовательности:

с которого

Пусть (2) сходится , тогда сходится и

Из правой части следует, что (1) ряд меньше сходящегося ряда по 1 признаку сравнения (1) сходится

Пусть (2) расходится выберем настолько малым, чтобы оставалось >0, для знакоположительности ряда - расходится. Из левой части (*) (1) ряд>ряда расходящегося по I признаку сравнения (1) ряд расходится.

Конец доказательства.

Примеры:

1)

2)

3)