Chunguza mifano ya mfululizo wa nambari kwa muunganisho. Safu kwa dummies
Hebu thamani iliyotolewa iwe chanya mfululizo wa nambari$ \sum_(n=1) ^\infty a_n $. Wacha tuunda kigezo kinachohitajika cha muunganisho wa safu:
- Ikiwa mfululizo utaungana, basi kikomo cha muda wake wa kawaida ni sifuri: $$ \lim _(n \to \infty) a_n = 0 $$
- Ikiwa kikomo cha neno la kawaida la mfululizo si sawa na sifuri, basi mfululizo hutofautiana: $$ \lim _(n \to \infty) a_n \neq 0 $$
Mfululizo wa jumla wa harmonic
Mfululizo huu umeandikwa kama ifuatavyo: $ \sum_(n=1) ^\infty \frac(1)(n^p) $. Zaidi ya hayo, kulingana na $p$, mfululizo huungana au kutengana:
- Ikiwa $ p = 1 $, basi safu $ \sum_(n=1) ^\infty \frac(1)(n) $ inatofautiana na inaitwa harmonic, licha ya ukweli kwamba neno la kawaida $ a_n = \frac(1) )( n) \ hadi 0 $. Kwanini hivyo? Maoni hayo yalisema kuwa kigezo kinachohitajika haitoi jibu juu ya muunganisho, lakini tu juu ya utofauti wa safu. Kwa hivyo, ikiwa tutatumia kigezo cha kutosha, kama vile kigezo muhimu cha Cauchy, inakuwa wazi kuwa mfululizo unatofautiana!
- Ikiwa $ p \leqslant 1 $, basi mfululizo hutofautiana. Mfano, $ \sum_(n=1) ^\infty \frac(1)(\sqrt(n)) $, ambamo $ p = \frac(1)(2) $
- Ikiwa $p> 1$, basi mfululizo huungana. Mfano, $ \sum_(n=1) ^\infty \frac(1)(\sqrt(n^3)) $, ambapo $ p = \frac(3)(2) > 1 $
Mifano ya ufumbuzi
Mfano 1 |
Thibitisha tofauti ya mfululizo $ \sum_(n=1) ^\infty \frac(n)(6n+1) $ |
Suluhisho |
Mfululizo ni mzuri, tunaandika neno la kawaida: $$ a_n = \frac(n)(6n+1) $$ Tunahesabu kikomo kuwa $ n \ hadi \infty $: $$ \lim _(n \to \infty) \frac(n)(6n+1) = \frac(\infty)(\infty) = $$ Tunachukua $ n $ kutoka kwa mabano kwenye dhehebu, na kisha tunapunguza juu yake: $$ = \lim_(n \to \infty) \frac(n)(n(6+\frac(1)(n))) = \lim_(n \to \infty) \frac(1)(6 + \frac(1)(n)) = \frac(1)(6) $$ Kwa kuwa tuligundua kuwa $ \lim_(n\to \infty) a_n = \frac(1)(6) \neq 0 $, basi mtihani muhimu wa Cauchy hauridhiki na kwa hivyo mfululizo hutofautiana. Ikiwa huwezi kutatua tatizo lako, basi utume kwetu. Tutatoa ufumbuzi wa kina. Utaweza kuona maendeleo ya hesabu na kupata habari. Hii itakusaidia kupata daraja lako kutoka kwa mwalimu wako kwa wakati ufaao! |
Jibu |
Mfululizo hutofautiana |
Mfano Nambari 9
Chunguza muunganiko wa mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(\sqrt(n))\arctg\frac(\pi)(\sqrt(2n-1)) $.
Kwa kuwa kikomo cha chini cha muhtasari ni 1, neno la jumla la mfululizo limeandikwa chini ya ishara ya jumla: $u_n=\frac(1)(\sqrt(n))\arctg\frac(\pi)(\sqrt(2n) -1))$ . Kwanza, hebu tuone ikiwa mfululizo huu ni chanya, i.e. Je, ukosefu wa usawa $u_n≥ 0$ ni kweli? Sababu $\frac(1)(\sqrt(n))> 0$, hii ni wazi, lakini vipi kuhusu arctangent? Hakuna kitu ngumu na arctange: kwani $\frac(\pi)(\sqrt(2n-1)) >0$, basi $\arctg\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))>0 $ . Hitimisho: mfululizo wetu ni mzuri. Wacha tutumie kigezo cha kulinganisha kusoma suala la muunganisho wa safu hii.
Kwanza, hebu tuchague mfululizo ambao tutalinganisha nao. Ikiwa $n\to\infty$, basi $\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))\to 0$. Kwa hivyo, $\arctg\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))\sim\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))$. Kwanini hivyo? Ikiwa tutaangalia jedwali mwishoni mwa hati hii, tutaona fomula $\arctg x\sim x$ kwa $x\to 0$. Tulitumia fomula hii, kwa upande wetu tu $x=\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))$.
Katika usemi $\frac(1)(\sqrt(n))\arctg\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))$ tunabadilisha arctangent na sehemu $\frac(\pi)(\ sqrt(2n- 1))$. Tunapata zifuatazo: $\frac(1)(\sqrt(n))\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))$. Tayari tumefanya kazi na sehemu kama hizo hapo awali. Tukitupilia mbali vipengele vya "ziada", tunafika kwenye sehemu $\frac(1)(\sqrt(n)\cdot\sqrt(n))=\frac(1)(n^(\frac(1)(2) +\frac (1)(3)))=\frac(1)(n^(\frac(5)(6)))$. Ni kwa mfululizo wa $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(n^\frac(5)(6))$ ambapo tutalinganisha mfululizo uliotolewa kwa kutumia . Kwa kuwa $\frac(5)(6)≤ 1$, basi mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(n^\frac(5)(6))$ hutofautiana.
$$ \lim_(n\to\infty)\frac(\frac(1)(\sqrt(n))\arctg\frac(\pi)(\sqrt(2n-1)))(\frac(1) (n^\frac(5)(6)))=\kushoto|\frac(0)(0)\kulia|=\kushoto|\anza(iliyopangwa)&\frac(\pi)(\sqrt(2n- 1))\hadi 0;\\&\arctg\frac(\pi)(\sqrt(2n-1))\sim\frac(\pi)(\sqrt(2n-1)).\mwisho(zilizopangiliwa) \kulia| =\lim_(n\to\infty)\frac(\frac(1)(\sqrt(n))\cdot\frac(\pi)(\sqrt(2n-1)))(\frac(1)( n^\frac(5)(6))) =\\=\pi\cdot\lim_(n\to\infty)\frac(\sqrt(n))(\sqrt(2n-1)) =\pi \cdot\lim_(n\to\infty)\frac(1)(\sqrt(2-\frac(1)(n)))=\pi\cdot\frac(1)(\sqrt(2-0) )=\frac(\pi)(\sqrt(2)). $$
Tangu $0<\frac{\pi}{\sqrt{2}}<\infty$, то ряды $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{\sqrt{n}}\arctg\frac{\pi}{\sqrt{2n-1}}$ и $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^\frac{5}{6}}$ сходятся либо расходятся одновременно. Так как ряд $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^\frac{5}{6}}$ расходится, то одновременно с ним будет расходиться и ряд $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{\sqrt{n}}\arctg\frac{\pi}{\sqrt{2n-1}}$.
Ninaona kuwa katika kesi hii, badala ya arctangent katika usemi wa neno la jumla la safu, kunaweza kuwa na sine, arcsine au tangent. Suluhisho lingebaki sawa.
Jibu: mfululizo hutofautiana.
Mfano Nambari 10
Chunguza mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\left(1-\cos\frac(7)(n)\right)$ kwa muunganisho.
Kwa kuwa kikomo cha chini cha jumla ni 1, neno la jumla la mfululizo limeandikwa chini ya ishara ya jumla: $u_n=1-\cos\frac(7)(n)$. Kwa kuwa kwa thamani yoyote $x$ tuna $-1≤\cos x≤ 1$, kisha $\cos\frac(7)(n)≤ 1$. Kwa hiyo, $1-\cos\frac(7)(n)≥ 0$, i.e. $u_n≥ 0$. Tunashughulika na mfululizo mzuri.
Ikiwa $n\to\infty$, basi $\frac(7)(n)\to 0$. Kwa hivyo, $1-\cos\frac(7)(n)\sim \frac(\left(\frac(7)(n)\right)^2)(2)=\frac(49)(2n^2) $. Kwanini hivyo? Tukiangalia jedwali lililo mwishoni mwa hati hii, tutaona fomula $1-\cos x \sim \frac(x^2)(2)$ kwa $x\to 0$. Tulitumia fomula hii, kwa upande wetu tu $x=\frac(7)(n)$.
Wacha tubadilishe usemi $1-\cos\frac(7)(n)$ na $\frac(49)(2n^2)$. Tukitupa vipengele vya "ziada", tunafika kwenye sehemu $\frac(1)(n^2)$. Ni pamoja na mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(n^2)$ ambapo tutalinganisha mfululizo uliotolewa kwa kutumia . Tangu $2 > 1$, mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(n^2)$ huungana.
$$ \lim_(n\to\infty)\frac(1-\cos\frac(7)(n))(\frac(1)(n^2))=\left|\frac(0)(0 )\kulia|= \kushoto|\anza(iliyopangwa)&\frac(7)(n)\to 0;\\&1-\cos\frac(7)(n)\sim\frac(49)(2n^ 2).\mwisho(zilizolingana)\kulia| =\lim_(n\to\infty)\frac(\frac(49)(2n^2))(\frac(1)(n^2))=\frac(49)(2). $$
Tangu $0<\frac{49}{2}<\infty$, то ряды $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\left(1-\cos\frac{7}{n}\right)$ и $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^2}$ сходятся либо расходятся одновременно. Так как ряд $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^2}$ сходится, то одновременно с ним будет сходиться и ряд $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\left(1-\cos\frac{7}{n}\right)$.
Jibu: mfululizo unaungana.
Mfano Nambari 11
Chunguza muunganiko wa mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)n\left(e^\frac(3)(n)-1\right)^2$.
Kwa kuwa kikomo cha chini cha muhtasari ni 1, neno la jumla la mfululizo limeandikwa chini ya ishara ya jumla: $u_n=n\left(e^\frac(3)(n)-1\right)^2$. Kwa kuwa vipengele vyote viwili ni chanya, basi $u_n >0$, i.e. tunashughulika na mfululizo chanya.
Ikiwa $n\to\infty$, basi $\frac(3)(n)\to 0$. Kwa hivyo, $e^\frac(3)(n)-1\sim\frac(3)(n)$. Fomula tuliyotumia iko kwenye jedwali mwishoni mwa hati hii: $e^x-1 \sim x$ kwa $x\to 0$. Kwa upande wetu, $x=\frac(3)(n)$.
Wacha tubadilishe usemi $e^\frac(3)(n)-1$ na $\frac(3)(n)$, na hivyo kupata $n\cdot\left(\frac(3)(n)\kulia. )^ 2=\frac(9)(n)$. Kuondoa nambari, tunafika kwenye sehemu $\frac(1)(n)$. Ni kwa mfululizo wa harmonic $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(n)$ ambapo tutalinganisha mfululizo uliotolewa kwa kutumia . Acha nikukumbushe kwamba mfululizo wa harmonic hutofautiana.
$$ \lim_(n\to\infty)\frac(n\left(e^\frac(3)(n)-1\right)^2)(\frac(1)(n))=\lim_( n\to\infty)\frac(\kushoto(e^\frac(3)(n)-1\kulia)^2)(\frac(1)(n^2)) =\left|\frac(0 )(0)\kulia|=\kushoto|\anza(iliyopangwa)&\frac(3)(n)\to 0;\\&e^\frac(3)(n)-1\sim\frac(3) (n).\mwisho(zilizolingana)\kulia| =\lim_(n\to\infty)\frac(\frac(9)(n^2))(\frac(1)(n^2))=9. $$
Tangu $0<9<\infty$, то одновременно с рядом $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n}$ будет расходиться и ряд $\sum\limits_{n=1}^{\infty}n\left(e^\frac{3}{n}-1\right)^2$.
Jibu: mfululizo hutofautiana.
Mfano Nambari 12
Chunguza muunganiko wa mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\ln\frac(n^3+7)(n^3+5)$.
Kwa kuwa kikomo cha chini cha majumuisho ni 1, neno la jumla la mfululizo limeandikwa chini ya ishara ya jumla: $u_n=\ln\frac(n^3+7)(n^3+5)$. Kwa kuwa kwa thamani yoyote ya $n$ tuna $n^3+7 > n^3+5$, kisha $\frac(n^3+7)(n^3+5) > 1$. Kwa hivyo, $\ln\frac(n^3+7)(n^3+5) > 0$, i.e. $u_n > 0$. Tunashughulika na mfululizo mzuri.
Ni vigumu kutambua usawa unaohitajika katika kesi hii. Wacha tuandike usemi chini ya logarithm kwa njia tofauti kidogo:
$$ \ln\frac(n^3+7)(n^3+5)=\ln\frac(n^3+5+2)(n^3+5)=\ln\left(\frac( n^3+5)(n^3+5)+\frac(2)(n^3+5)\kulia)=\ln\kushoto(1+\frac(2)(n^3+5)\ haki). $$
Sasa fomula inaonekana: $\ln(1+x)\sim x$ kwa $x\to 0$. Kwa kuwa kwa $n\to\infty$ tuna $\frac(2)(n^3+5)\to 0$, kisha $\ln\left(1+\frac(2)(n^3+5) \kulia)\sim\frac(2)(n^3+5)$.
Hebu tubadilishe usemi $\ln\frac(n^3+7)(n^3+5)$ na $\frac(2)(n^3+5)$. Tukitupa vipengele vya "ziada", tunafika kwenye sehemu $\frac(1)(n^3)$. Ni pamoja na mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(n^3)$ ambapo tutalinganisha mfululizo uliotolewa kwa kutumia . Tangu $3 > 1$, mfululizo $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(1)(n^3)$ huungana.
$$ \lim_(n\to\infty)\frac(\ln\frac(n^3+7)(n^3+5))(\frac(1)(n^3))=\lim_(n \to\infty)\frac(\ln\left(1+\frac(2)(n^3+5)\kulia))(\frac(1)(n^3))=\left|\frac( 0)(0)\kulia|= \kushoto|\anza(zilizopangiliwa)&\frac(2)(n^3+5)\hadi 0;\\&\ln\kushoto(1+\frac(2)( ) n^3+5)\kulia)\sim\frac(2)(n^3+5).\mwisho(iliyopangwa)\kulia|=\\ =\lim_(n\to\infty)\frac(\ frac (2)(n^3+5))(\frac(1)(n^3)) =\lim_(n\to\infty)\frac(2n^3)(n^3+5)=\ lim_ (n\to\infty)\frac(2)(1+\frac(5)(n^3))=\frac(2)(1+0)=2. $$
Tangu $0<2<\infty$, то одновременно с рядом $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^3}$ сходится и ряд $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\ln\frac{n^3+7}{n^3+5}$.
Jibu: mfululizo unaungana.
Mfano Nambari 13
Chunguza mfululizo wa $\sum\limits_(n=1)^(\infty)\frac(n^n)(7^n\cdot n$ на сходимость.!}
Kwa kuwa kikomo cha chini cha muhtasari ni 1, neno la kawaida la mfululizo limeandikwa chini ya ishara ya jumla: $u_n=\frac(n^n)(7^n\cdot n$. Так как $u_n ≥ 0$, то заданный ряд является положительным.!}