- •Міністерство освіти і науки України
- •Правила оформлення контрольної роботи:
- •Основні питання програми
- •Модуль 1 Системи рівнянь, вектори та аналітична геометрія
- •1.1. Визначники, матриці, розв’язання систем лінійних рівнянь
- •1.2. Елементи векторної алгебри
- •1.3. Пряма на площині
- •1.4. Криві другого порядку
- •1.5. Площина та пряма в просторі
- •Модуль 2 вступ в математичний аналіз
- •2.1. Розкриття невизначеностей, і і іі визначні границі
- •2.2. Диференціальне числення функцій однієї змінної
- •Основні правила диференціювання:
- •2.3. Застосування похідних для дослідження функцій
- •2.4. Похідні в механіці
- •2.5. Диференціальне числення функцій декількох змінних
- •Модуль 3 нЕвизначений і визначений інтеграли
- •3.1. Основні методи інтегрування
- •Основні властивості невизначеного та визначеного інтегралів:
- •3.2. Невласні інтеграли
- •3.3. Застосування визначених інтегралів
- •Модуль 4 диференціальні рівняння
- •4.1. Розв’язання диференціальних рівнянь деяких типів
- •Модуль 5 кратні, криволінійні та поверхневі інтеграли
- •5.1. Подвійні, потрійні інтеграли та їх застосування
- •5.2. Криволінійні інтеграли
- •Модуль 6 числові і степеневі ряди
- •6.1. Числові ряди
- •Ознака Даламбера. Якщо для знакододатного ряду існує
- •(Границя відношення наступного члена до попереднього), то
- •Радикальна ознака Коші. Якщо для ряду, загальний член якого , існує
- •6.2. Степеневі ряди
- •Модуль 7 комплексні числа. Елементи теорії функцій комплексної змінної
- •7.1. Комплексні числа
- •7.2. Обчислення значень елементарних функцій
- •Модуль 8. Теорія ймовірностей і елементи математичної статистики
- •8.1. Основні поняття і теореми теорії ймовірностей
- •8.2. Дискретні випадкові величини
- •8.3. Неперервні випадкові величини
- •8.4. Біноміальний та пуассонів закони розподілу
- •8.5. Нормальний, рівномірний та показниковий закони
- •Числові характеристики:
- •8.6. Елементи математичної статистики
- •Контрольна робота № 1 Модуль 1. Системи рівнянь, вектори та аналітична геометрія
- •Модуль 2. Вступ в математичний аналіз
- •Модуль 3. Невизначений і визначений інтеграли
- •Модуль 4. Диференціальні рівняння
- •Контрольна робота № 2 Модуль 5. Кратні, криволінійні та поверхневі інтеграли
- •Модуль 6. Числові і степеневі ряди
- •Література
- •Продовження додатка а
- •Додаток б
- •Продовження додатка б
- •Додаток в Значення (розподіл Пуассона)
- •Продовження додатка в Значення (розподіл Пуассона)
Ознака Даламбера. Якщо для знакододатного ряду існує
(6.1.5)
(Границя відношення наступного члена до попереднього), то
якщо , то ряд збігається;
якщо , то ряд розбігається;
якщо , то про збіжність (розбіжність) ряду нічого сказати не можна (слід скористатися іншими ознаками збіжності рядів).
Цю ознаку рекомендується використовувати, якщо загальний член досліджуваного ряду містить показникові або факторіальні елементи відносно номера .
Радикальна ознака Коші. Якщо для ряду, загальний член якого , існує
, (6.1.6)
то
якщо , то ряд збігається;
якщо , то ряд розбігається;
якщо , то про збіжність (розбіжність) ряду нічого сказати не можна (слід скористатися іншими ознаками збіжності рядів).
Дану ознаку рекомендується застосовувати, якщо загальний член ряду є показниково-степеневою функцією відносно .
Інтегральна ознака Коші. Якщо функція ‑ неперервна, є незростаючою і при (де ), то ряд збігається або розбігається одночасно з невласним інтегралом .
Умовам цієї ознаки до функції задовольняє узагальнений гармонійний ряд . Через те, що невласний інтеграл = ,
то ряд збігається при , і розбігається при .
Збіжність знакопереміжних числових рядів досліджують за ознакою Лейбніца. Якщо
розпочинаючи з деякого номера, члени ряду, взяті за абсолютним значенням, зменшуються при зростанні їх номера ;
,
то ряд збігається.
Приклад 6.1.1. Дослідити на збіжність числові ряди: 1) , 2) , 3) , 4) , 5) , 6) .
Розв’язання. 1) Обчислимо границю загального члена ряду: . Ряд розбігається, бо необхідна умова збіжності (6.1.3) не виконується.
2) Границя загального члена ряду не існує, тобто необхідна умова збіжності (6.1.3) не виконується. Значить, ряд розбігається.
3) Ряд є знакододатним, бо загальний член ряду (факторіал , див. також розділ 8). Наступний член , відношення наступного члена до попереднього . Тоді границя (6.1.5): . Отже, ряд розбігається за ознакою Даламбера.
4) Загальний член ряду . Значить, , і границя (6.1.6): . Отже ряд збігається за радикальною ознакою Коші.
5) Порівняємо ряд із гармонійним рядом . ; , тоді границя (6.1.4): . Отже, за граничною ознакою порівняння досліджуваний ряд розбігається, оскільки гармонійний ряд розбігається за інтегральною ознакою Коші. (Можна було застосувати інтегральну ознаку Коші зразу до вихідного ряду).
6) Ряд є знакопереміжним. Оскільки , , то і . Отже, досліджуваний ряд збігається за ознакою Лейбніца.
Література: [1, с. 362 ‑ 376], [2, с. 659 ‑ 673], [4, с. 214 – 246], [15].
6.2. Степеневі ряди
Степеневий ряд
(6.2.1)
( , ‑ задані числа) збігається при , де ‑ центр інтервалу (в цій точці ряд набуває вигляду , отже завжди збігається), а ‑ радіус збіжності . Для знаходження інтервалу збіжності степеневого ряду можна застосовувати ознаку Даламбера, або радикальну ознаку Коші до знакододатного ряду . Наприклад, застосовуючи ознаку Даламбера до цього ряду, отримаємо умову для визначення інтервалу збіжності степеневого ряду (6.2.1):
. (6.2.2)
Розв’язуючи цю нерівність відносно , знаходимо інтервал збіжності . Множина збіжності або співпадає з цим інтервалом, або є одним із проміжків , , . Якщо степеневий ряд збіжний лише при , то його радіус збіжності . Якщо ряд збіжний при будь-якому , то .
Степеневі ряди є узагальненням багаточленів і широко застосовуються в науці. Це пов’язано з можливістю представлення багатьох функцій, зокрема всіх елементарних функцій у вигляді сум степеневих рядів, що називаються рядами Тейлора (Маклорена, якщо ). Наприклад,
, (6.2.3)
, . (6.2.4)
За допомогою розкладу функцій в ряд Тейлора можна з будь-якою точністю обчислити значення функцій, інтегралів, границь і т.д. Саме на цьому грунтуються всі обчислення, що виконуються компьютерами з елементарними та спеціальними функціями.
Приклад 6.2.1. Знайти множину збіжності степеневих рядів: 1) , 2) , 3) .
Розв’язання. 1) Тут , ‑ центр інтервалу збіжності. Оскільки , , то (при ) . Значить, за ознакою Даламбера ряд збігається, якщо . Тобто, якщо , або , то степеневий ряд збігається. До того ж за ознакою Даламбера якщо , то ряд розбігається. Залишилось дослідити збіжність ряду на кінцях інтервалу (там, де ).
При маємо знакододатний ряд , який збігається за інтегральною ознакою Коші. При маємо знакопереміжний ряд , який збігається за ознакою Лейбніца. Таким чином, множина збіжності ряду являє собою відрізок . Тобто ряд збігається, якщо , і розбігається, якщо . (Радіус збіжності ).
2) Тут , . Оскільки , , то (при ) . Отже, за ознакою Даламбера ряд розбігається при всіх , а збігається лише в точці . (Радіус збіжності ).
3) Тут , . Оскільки , , то (при ) . Отже за ознакою Даламбера ряд збігається при всіх . (Радіус збіжності ).
Література: [1, с. 377 ‑ 380], [2, с. 626 ‑ 676], [4, с. 247 – 262], [15].