Ряды вида

Download Report

Transcript Ряды вида

Slide 1

Числовые ряды
Достаточные признаки сходимости рядов с
положительными членами (продолжение)
Знакопеременные ряды
Знакочередующиеся ряды
Свойства абсолютно сходящихся рядов
Оценка остатка ряда


Slide 2

Достаточные признаки сходимости
рядов с положительными членами
Предельный признак сравнения
Пусть даны два ряда с положительными членами:


U
n 1



n

и

V

n

Для этих рядов справедливо:

n 1

Un

 
 nlim
   Vn
   0;   




Ряды Un и Vn одновременно
сходятся и расходятся.


Slide 3

Достаточные признаки сходимости
рядов с положительными членами


Пример

Исследовать на сходимость ряд:

1

 sin n
n 1

U n  sin

1
n

Выберем для сравнения ряд:

Vn 


Ряд Vn - обобщенный гармонический ряд вида

1
n

1

n

k

n 1

расходится, так как k = 1.

sin
lim

n

1

n   1  t;
n
1

n


sin t
n    t  0   lim
1
t0
t

ряд Un – также расходится.




Slide 4

Достаточные признаки сходимости
рядов с положительными членами


Ряды вида



n 1

Pm n 
Q l n 

Вопрос о сходимости рядов такого вида, где Pm (n) – многочлен
степени m, Ql (n) – многочлен степени l, полностью исчерпывается
сравнением с рядом


1

n

k

где k = l – m.

n 1

Удобнее при этом использовать признак сравнения в предельной
форме.


Slide 5

Достаточные признаки сходимости
рядов с положительными членами


Пример

Un 

n

Исследовать на сходимость ряд:

2n  1
n 5
3

2n  1
3

n 1

l  3; m  1

Выберем для сравнения ряд:



Vn 

5

k  3 1 2

1
2

n
Ряд Vn - обобщенный гармонический ряд вида





n 1

1
n

k

сходится, так как k = 2 >1.

2n  1
lim n

n

3

5 
lim
1
n

n

2

2n  n
3

n 5
3

2

2

 lim

n

1

1
n  2
5
n



2

ряд Un – также сходится.


Slide 6

Знакопеременные ряды
Ряды, содержащие как положительные, так и отрицательные члены
называются знакопеременными


Пусть дан знакопеременный ряд:

U

n

(1)

n 1

Обозначим:

S   p 1  p 2  p 3  ...  p n  ...

(2)

– ряд составлен из положительных членов ряда (1) с сохранением
порядка их следования.
Обозначим:

S   q 1  q 2  q 3  ...  q n  ...

(3)

– ряд составлен из модулей отрицательных членов ряда (1).
Рассмотрим также ряд U 1  U 2  U 3  ...  U n  ...
– ряд составлен из модулей всех членов ряда (1).

(4)


Slide 7

Знакопеременные ряды
Теорема

Если ряд (4) сходится, то сходятся и ряды (1), (2) и
(3). При этом сумма данного ряда (1) равна
S  S   S 

Определения

Знакопеременный ряд (1) называется
сходящимся, если сходится ряд (4).

абсолютно

Ряд (1) называется условно сходящимся, если он сам
сходится, а ряд (4), расходится.


Slide 8

Знакочередующиеся ряды
Ряд называется знакочередующимся, если положительные и
отрицательные члены следуют друг за другом поочередно.


 (  1)

n 1

an

n 1

(1)
положительные числа
(модули членов ряда)

Достаточным признаком сходимости знакочередующегося ряда
является признак Лейбница.
Теорема

Знакочередующийся ряд (1) сходится если:

a 1  a 2  a 3  ...  a n

lim a n  0

n

(2)
(3)

При этом сумма этого ряда удовлетворяет условию:

0  S  a1


Slide 9

Знакочередующиеся ряды
Доказательство

Вычислим отдельно частичные суммы ряда (1) с четным и
нечетным числом слагаемых.

S 2 n  a1  a 2  a 3  a 4  ...  a 2 n 1  a 2 n 
 ( a1  a 2 )  ( a 3  a 4 )  ...  ( a 2 n 1  a 2 n )
С учетом (2) выражения в скобках положительны, значит S2n > 0 ,
кроме того S2n монотонно возрастает т.к.

S 2 n  2  S 2 n  ( a 2 n 1  a 2 n  2 )  S 2 n


Slide 10

Знакочередующиеся ряды
запишем S2n в виде:

S 2 n  a1  a 2  a 3  a 4  ...  a 2 n 1  a 2 n 
 a1  ( a 2  a 3 )  ( a 4  a 5 )  ...  ( a 2 n  2  a n 1 )  a 2 n
Выражения в скобках положительны и а2n > 0 , поэтому
справедливо:

S 2n  a1
Таким образом, последовательность S2n возрастает и ограничена
сверху, значит она имеет предел

lim S 2 n  S

n

причем S > 0


Slide 11

Знакочередующиеся ряды
Рассмотрим частичные суммы для нечетного числа слагаемых:

S 2 n 1  S 2 n  a 2 n 1
Найдем предел:

lim S 2 n  1  lim ( S 2 n  a 2 n  1 )  lim S 2 n  lim a 2 n  1  S

n

n

n

n

предел равен
нулю по условию
теоремы

Поэтому ряд сходится для любого числа слагаемых.


Slide 12

Знакочередующиеся ряды
Пример 1




(  1)

Исследовать на сходимость ряд:

n 1

1

 1

n

n 1

1



2

1
3



1

 ...

4

Для этого ряда справедливо:

1

1



2

lim

n

1

 ... 

3

1

1
n





ряд сходится.

0

n


Данный ряд сходится условно, так как ряд



n 1

1
n

,

составленный из модулей членов ряда - расходится


Slide 13

Знакочередующиеся ряды
Пример 2


 (  1)

Исследовать ряд на абсолютную и условную
сходимость:
n
n 1

n 1

5n  n  1
4

Исследуем ряд на сходимость по признаку Лейбница:

1



5

2



81

3



407

4



1283



1
lim

n

n
5n  n  1
4


5

n
1
n

3

3



1
n

4



0
5

0

ряд сходится.


Slide 14

Знакочередующиеся ряды


Исследуем ряд, составленный из модулей:

 5n
n 1

n
4

 n 1

Используем предельный признак сравнения:
Un 

n
5n  n  1
4

l  4; m  1

Выберем для сравнения ряд: V n 



1
n

3

k  4 1 3

обобщенный
гармонический ряд
сходится, так как
k = 3 >1.

n
lim 5 n

n

4

4

1
1
 n  1  lim
lim


4
n
1
1
n 5n
5
1
 n 1
5 3  4
3
n
n
n

n

Ряд сходится, значит исходный ряд сходится абсолютно.


Slide 15

Свойства абсолютно сходящихся рядов
Если ряд абсолютно сходится и имеет сумму S, то ряд,
полученный из него перестановкой его членов также
сходится и имеет ту же сумму, что и исходный ряд.
Абсолютно сходящиеся ряды с суммами S1 и S2 можно
почленно складывать (вычитать). При этом получается
абсолютно сходящийся ряд, сумма которого равна S1+S2
(S1 - S2).
Под произведением двух рядов
и

u 1  u 2  u 3  ...

v 1  v 2  v 3  ... понимают ряд вида:

u 1  v 1  u 1  v 2  u 2  v 1   u 1  v 3  u 2  v 2  u 3  v 1   
Произведение абсолютно сходящихся рядов с суммами S1 и S2
есть абсолютно сходящийся ряд, сумма которого равна S1S2.


Slide 16

Оценка остатка ряда
Соотношение 0 < S < a1 из теоремы Лейбница позволяет
получить оценку ошибки, которую мы допускаем, заменяя сумму
знакочередующегося ряда его частичной суммой Sn.

S  a1  a 2  a 3  a 4  ...  a n  a n  1  a n  2  
Sn

rn

Отброшенный ряд (остаток) представляет собой также
знакочередующийся ряд:

rn   a n 1  a n  2  
Сумма этого ряда по модулю меньше первого члена ряда:

rn  a n 1

Таким образом, абсолютная погрешность приближения: S  S n
меньше первого отброшенного члена ряда.


Slide 17

Оценка остатка ряда
Пример

S5  1 

Вычислить приближенно сумму ряда, взяв первых
пять членов ряда. Оценить погрешность
приближения. 
n 1 1
(

1
)

n
n
n 1

1
2

2

1



3

3



1
4

4

1



5

 1

5

1




4
S  0 . 7834

 

1
6

6



1
46656

 0 . 00003

1
27



1
256



1
3125

 0 . 7834