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Aggiunzioni:
Utilizzando il criterio di Cauchy si deduce che ogni serie assolutamente convergente è convergente. Il viceversa in generale non è vero. La serie considerata nell’esempio 4 è convergente ma non è assolutamente convergente.
Omissioni:
Utilizzando il criterio di Cauchy si deduce che ogni serie assolutamente convergente è convergente. Il viceversa ingenerale non è vero. La serie considerata nell’esempio 4 è convergente ma non è assolutamente convergente.
Modificato il 2006-02-25 16:43:32 da MbutU
Aggiunzioni:
anche con \sum\limits_{n=1}^{+ \infty} a_n.
Se la serie
\sum\limits_{n=1}^{+ \infty} a_n è convergente allora il suo termine generale converge a zero, in simboli
a_n \to 0. Tale affermazione segue dall’uguaglianza
a_n = s_n - s_{n-1}.
Se la serie
\sum\limits_{n=1}^{+ \infty} a_n è a termini non negativi, cioè
a_n \ge 0 per ogni n, allora è
regolare. (Una serie è detta regolare se è convergente o divergente). L’affermazione precedente segue dal fatto che la successione
\left ( s_n \right) delle somme parziali è non decrescente, in virtù del fatto che
s_{n+1} = s_n + a_{n+1} \ge s_n essendo
a_{n+1} \ge 0 .
La serie
\sum\limits_{n=1}^{+ \infty} \frac{n}{n+1} diverge positivamente dato che il suo termine generale non converge a zero.
Omissioni:
anche con \sum\limits_{n=1}^\infty a_n.
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\{+infty} a_n è convergente allora il suo termine generale converge a zero, in simboli a_n \to 0. Tale affermazione segue dall’uguaglianza a_n = s_n - s_{n-1}.
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\{+infty} a_n è a termini non negativi, cioè a_n \ge 0 per ogni n, allora è regolare. (Una serie è detta regolare se è convergente o divergente). L’affermazione precedente segue dal fatto che la successione \left ( s_n \right) delle somme parziali è non decrescente, in virtù del fatto che s_{n+1} = s_n + a_{n+1} \ge s_n essendo a_{n+1} \ge 0 .
La serie \sum\limits_{n=1}^\{+infty} \frac{n}{n+1} diverge positivamente dato che il suo termine generale non converge a zero.
Modificato il 2006-02-25 16:42:22 da MbutU
Aggiunzioni:
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\{+infty} a_n è convergente allora il suo termine generale converge a zero, in simboli a_n \to 0. Tale affermazione segue dall’uguaglianza a_n = s_n - s_{n-1}.
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\{+infty} a_n è a termini non negativi, cioè a_n \ge 0 per ogni n, allora è regolare. (Una serie è detta regolare se è convergente o divergente). L’affermazione precedente segue dal fatto che la successione \left ( s_n \right) delle somme parziali è non decrescente, in virtù del fatto che s_{n+1} = s_n + a_{n+1} \ge s_n essendo a_{n+1} \ge 0 .
La serie \sum\limits_{n=1}^\{+infty} \frac{n}{n+1} diverge positivamente dato che il suo termine generale non converge a zero.
Omissioni:
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\infty a_n è convergente allora il suo termine generale converge a zero, in simboli a_n \to 0. Tale affermazione segue dall’uguaglianza a_n = s_n - s_{n-1}.
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\infty a_n è a termini non negativi, cioè a_n \ge 0 per ogni n, allora è regolare. (Una serie è detta regolare se è convergente o divergente). L’affermazione precedente segue dal fatto che la successione \left ( s_n \right) delle somme parziali è non decrescente, in virtù del fatto che s_{n+1} = s_n + a_{n+1} \ge s_n essendo a_{n+1} \ge 0 .
La serie \sum\limits_{n=1}^\infty \frac{n}{n+1} diverge positivamente dato che il suo termine generale non converge a zero.
Modificato il 2006-02-24 16:50:36 da XoEn
Aggiunzioni:
anche con \sum\limits_{n=1}^\infty a_n.
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\infty a_n è convergente allora il suo termine generale converge a zero, in simboli a_n \to 0. Tale affermazione segue dall’uguaglianza a_n = s_n - s_{n-1}.
Se la serie \sum\limits_{n=1}^\infty a_n è a termini non negativi, cioè a_n \ge 0 per ogni n, allora è regolare. (Una serie è detta regolare se è convergente o divergente). L’affermazione precedente segue dal fatto che la successione \left ( s_n \right) delle somme parziali è non decrescente, in virtù del fatto che s_{n+1} = s_n + a_{n+1} \ge s_n essendo a_{n+1} \ge 0 .
La serie \sum\limits_{n=1}^\infty \frac{n}{n+1} diverge positivamente dato che il suo termine generale non converge a zero.
Una serie \sum\limits_{n=1}^{+ \infty} a_n si dice assolutamente convergente se è convergente la serie \sum\limits_{n=1}^{+ \infty} \left | a_n \right |.
Omissioni:
anche con \sum_{n=1}^\infty a_n.
Se la serie \sum_{n=1}^\infty a_n è convergente allora il suo termine generale converge a zero, in simboli a_n \to 0. Tale affermazione segue dall’uguaglianza a_n = s_n - s_{n-1}.
Se la serie \sum_{n=1}^\infty a_n è a termini non negativi, cioè a_n \ge 0 per ogni n, allora è regolare. (Una serie è detta regolare se è convergente o divergente). L’affermazione precedente segue dal fatto che la successione \left ( s_n \right) delle somme parziali è non decrescente, in virtù del fatto che s_{n+1} = s_n + a_{n+1} \ge s_n essendo a_{n+1} \ge 0 .
La serie \sum_{n=1}^\infty \frac{n}{n+1} diverge positivamente dato che il suo termine generale non converge a zero.
Una serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n si dice assolutamente convergente se è convergente la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} \left | a_n \right |.
Modificato il 2006-02-24 14:54:17 da MbutU
Omissioni:
Osservazione 4. (Criterio di Cauchy).
Ricordiamo che una successione \left ( s_n \right) è convergente se e solo se è di Cauchy, cioè se \forall \; \varepsilon \ > \ 0 \ \exists \; n_{\left ( \varepsilon \right)} tale che \forall \; n, m \ge \ n_{\left ( \varepsilon \right)} risulta \left | s_m - s_n \right | < \varepsilon. Se scegliamo m = n + p con p \in \mathbb{N}, allora la successione \left ( s_n \right) è convergente se e solo se per ogni \forall \; n \ge \ n_{\left ( \varepsilon \right)} e \forall \; p \in \mathbb{N} risulta soddisfatta la condizione \left | s_{n+p} - s_n \right | < \varepsilon.
Se la successione \left ( s_n \right) è quella delle somme parziali della serie \sum_{n=1}^\infty a_n deduciamo il seguente criterio di Cauchy. La serie \sum_{n=1}^\infty a_n è convergente se e solo se \forall \; \varepsilon \ > \ 0 \ \exists \; n_{\left ( \varepsilon \right)} tale che \forall \; n \ge \ n_{\left ( \varepsilon \right)} e \forall \; p \in \mathbb{N} risulta \left | \sum_{k=n+1}^{n+p} a_k \right | < \varepsilon.
Esempio 2.
Determinare il carattere della serie armonica
\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n}. Osserviamo che per ogni
n \in \mathbb{N} risulta
\sum_{k=n+1}^{2n} \frac{1}{k} = \frac{1}{n+1} + ... + \frac{1}{2n} \ge \frac{1}{2}
Il criterio di Cauchy permette di affermare che tale serie non è convergente, dato che la condizione richiesta non è soddisfatta se
\varepsilon \ < \frac{1}{2}, ed essendo una serie a termini positivi risulta divergente positivamente.
Esempio 3.
Determinare il carattere della serie \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n\left ( n+1 \right)}.
Si osserva che \frac{1}{k\left ( k+1 \right)} = \frac{1}{k} - \frac{1}{k+1} per ogni k \in \mathbb{N} e si ottiene che s_n = \sum_{k=1}^n \frac{1}{k\left ( k+1 \right)} = \sum_{k=1}^n \frac{1}{k} - \sum_{k=1}^n \frac{1}{k+1} = \frac{n}{n+1}.
Da s_n \to 1 segue che la serie data è convergente ed ha per somma 1.
Criterio del Confronto.
Siano \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n e \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n due serie a termini non negativi con a_n \le b_n per ogni n \in \mathbb{N}. Posto s_n = \sum_{k=1}^n a_n e t_n = \sum_{k=1}^n b_n, dalla relazione \lim_{n \to {+ \infty}}s_n \le \lim_{n \to {+ \infty}}t_n (si ricordi che le successioni \left ( s_n \right), \left ( t_n \right) sono regolari), deduciamo che:
i) se la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n è divergente positivamente lo è anche la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n;
ii) se la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n è convergente lo è anche la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n.
Dal criterio precedente si deduce che se \exists \; \lim_{n \to {+ \infty}}\frac{a_n}{b_n} \in \mathbb{R}_+ allora leserie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n e \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n hanno lo stesso carattere (cioè sono entrambe convergenti o entrambe divergenti positivamente).
Esempio 4.
Le serie \sum_{n=1}^{+ \infty}\frac{1}{n\left ( n+1 \right)} e \sum_{n=1}^{+ \infty}\frac{1}{n^2} hanno lo stesso carattere.
Basta osservare che {\frac{1}{n\left ( n+1 \right)} \over \frac{1}{n^2}} \to 1 \,\!.
Esempio 5.
La serie 1+x+...+x^{n-1}+... è la serie geometrica di ragione x.
Da s_n = \frac{1-x^n}{1-x} se x \ne 1 e s_n = n se x = 1 deduciamo che la serie geometrica è convergente ed ha per somma \frac{1}{1-x} se \left | x \right | \ < 1, è divergente positivamente per x \ge 1 ed è indeterminata per x \le -1.
Criterio della radice.
Sia \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n una serie a termini non negativi.
i) Se esiste x \in \left ] 0,1 \right [ tale che \sqrt[n]{a_n}\le x per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è convergente,
ii) se a \sqrt[n]{a_n}\ge 1 per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è divergente positivamente.
Dimostrazione. La (i) segue dalla relazione a_n \le x^n, che assicura che la serie considerata è minorante rispetto alla serie \sum_{n=1}^{+ \infty} x^n geometrica di ragione x che è convergente.
La (ii) dalla relazione a_n \ge 1 che implica che il termine generale della serie non converge a zero.
Osservazione 5. (Criterio della radice sotto forma di limite).
Se \lim_{n \to {+ \infty}} \sqrt[n]{a_n} = l, la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n è convergente se l \ < 1, è divergente positivamente se l \ > 1. Se l = 1 a priori non possiamo dire nulla.
Criterio del rapporto.
Sia \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n una serie a termini positivi.
i) Se esiste x \in \left ] 0,1 \right [ tale che \frac{a_{n+1}}{a_n} \le x per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è convergente,
ii) se \frac{a_{n+1}}{a_n} \ge 1 per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è divergente positivamente.
Dimostrazione. La (i) segue dalla relazione a_{n+1} \le xa_n che implica a_n \le x^{n-1}a_1 e quindi la serie data è minorante rispetto alla serie geometrica \sum_{n=1}^{+ \infty} a_1x^{n-1} che è convergente.
La (ii) dalla relazione a_{n+1} \ge a_n che implica che il termine generale della serie non converge a zero.
Osservazione 6. (Criterio del rapporto sotto forma di limite).
Se \lim_{n \to {+ \infty}} \frac{a_{n+1}}{a_n} = l, la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n è convergente se l \ < 1, è divergente positivamente l \ > 1. Se l = 1 a priori non possiamo dire nulla.
Criterio della serie di Cauchy.
La serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^ka_{2^k} se a_n \to 0 non crescendo.
Esempio 6.
La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha} è convergente se \alpha \ > 1 e divergente se \alpha \le 1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )k} che converge se 2^{1-\alpha} \ < 1, se e solo se \alpha \ > 1. Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica generalizzata otteniamo il seguente:
Criterio degli infinitesimi.
Sia \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n una serie a termini positivi. Se esistono \alpha,l \in \mathbb{R_+} tali che n^\alpha a_n \to l, allora
se \alpha \ > 1 la serie considerata è convergente,
se \alpha \le 1 la serie data è divergente.
Criterio di Leibniz.
La serie \sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} a_n con a_n \to 0 decrescendo è convergente e denotata con s la sua somma risulta \left | s - s_n \right | \le a_{n+1} per ogni n \in \mathbb{N} .
Esempio 7.
La serie
\sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} \frac{1}{n} è convergente, infatti
\frac{1}{n} \to 0 decrescendo,
Modificato il 2006-02-24 14:00:23 da MbutU
Aggiunzioni:
Esempio 7.
La serie \sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} \frac{1}{n} è convergente, infatti \frac{1}{n} \to 0 decrescendo,
Definizione 3.
Una serie
\sum_{n=1}^{+ \infty} a_n si dice assolutamente convergente se è convergente la serie
\sum_{n=1}^{+ \infty} \left | a_n \right |.
Utilizzando il criterio di Cauchy si deduce che ogni serie assolutamente convergente è convergente. Il viceversa ingenerale non è vero. La serie considerata nell’esempio
4 è convergente ma non è assolutamente convergente.
Omissioni:
\sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} \frac{1}{n}
Modificato il 2006-02-24 13:52:37 da MbutU
Aggiunzioni:
La serie \sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} a_n con a_n \to 0 decrescendo è convergente e denotata con s la sua somma risulta \left | s - s_n \right | \le a_{n+1} per ogni n \in \mathbb{N} .
Omissioni:
La serie \sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} a_n con a_n \to 0 decrescendo è convergente e denotata con s la sua somma risulta "<span class="math">\left | s - s_n \right | \le a_{n+1}</span> per ogni <span class="math">n \in \mathbb{N}</span>"" .
Modificato il 2006-02-24 13:51:41 da MbutU
Aggiunzioni:
La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha} è convergente se \alpha \ > 1 e divergente se \alpha \le 1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
La serie \sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} a_n con a_n \to 0 decrescendo è convergente e denotata con s la sua somma risulta "<span class="math">\left | s - s_n \right | \le a_{n+1}</span> per ogni <span class="math">n \in \mathbb{N}</span> .
<span class="math">\sum_{n=1}^{+ \infty} \left ( -1 \right )^{n+1} \frac{1}{n}</span>""
Omissioni:
La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha} è convergente se a\alpha \ > 1 e divergente se \alpha \le 1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
La serie (-1)n+1an
n=1
+¥
å con an 0 decrescendo è
convergente e denotata con s la sua somma risulta s - sn £ an+1
per ogni n IN.
Modificato il 2006-02-24 13:45:16 da MbutU
Aggiunzioni:
Sia \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n una serie a termini positivi. Se esistono \alpha,l \in \mathbb{R_+} tali che n^\alpha a_n \to l, allora
- se \alpha \ > 1 la serie considerata è convergente,
- se \alpha \le 1 la serie data è divergente.
Criterio di Leibniz.
La serie (-1)n+1an
Omissioni:
Se esistono \alpha,l \in \mathbb{R_+} tali che n an l , allora
i) se la serie considerata è convergente,
ii) se £ 1 la serie data è divergente.
Criterio di Leibniz. La serie (-1)n+1an
Modificato il 2006-02-24 13:41:52 da MbutU
Aggiunzioni:
Criterio degli infinitesimi.
Se esistono \alpha,l \in \mathbb{R_+} tali che n an l , allora
i) se la serie considerata è convergente,
ii) se £ 1 la serie data è divergente.
Criterio di Leibniz. La serie (-1)n+1an
n=1
+¥
å con an 0 decrescendo è
convergente e denotata con s la sua somma risulta s - sn £ an+1
per ogni n IN.
Modificato il 2006-02-24 13:19:51 da XoEn
Aggiunzioni:
La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha} è convergente se a\alpha \ > 1 e divergente se \alpha \le 1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )k} che converge se 2^{1-\alpha} \ < 1, se e solo se \alpha \ > 1. Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica generalizzata otteniamo il seguente:
Omissioni:
La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha} è convergente se a\alpha \ > 1 e divergente se \alpha \le 1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )k} che converge se 2^{1-\alpha} \ < 1, se e solo se \alpha \ > 1. Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica generalizzata otteniamo il seguente:
Modificato il 2006-02-23 17:42:07 da MbutU
Aggiunzioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )k} che converge se 2^{1-\alpha} \ < 1, se e solo se \alpha \ > 1. Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica generalizzata otteniamo il seguente:
Omissioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )k} che converge se 2^{1-\alpha} \ < 1, se e solo se \alpha \ < 1. Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica generalizzata otteniamo il seguente:
Modificato il 2006-02-23 17:40:51 da MbutU
Aggiunzioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )k} che converge se 2^{1-\alpha} \ < 1, se e solo se \alpha \ < 1. Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica generalizzata otteniamo il seguente:
Omissioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )^k}
2k
n=1
+¥
å = 2(1 - ) k
n=1
+¥
å che converge se 21- < 1,
se e solo se a > 1.
Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica
generalizzata otteniamo il seguente:
Modificato il 2006-02-23 17:32:07 da MbutU
Aggiunzioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^{\left ( 1-\alpha \right )^k}
Omissioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^ \left ( 1-\alpha \right )^k
Modificato il 2006-02-23 17:31:23 da MbutU
Aggiunzioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^ \left ( 1-\alpha \right )^k
Omissioni:
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^\left ( 1-\alpha \right )^k
Modificato il 2006-02-23 17:30:44 da MbutU
Aggiunzioni:
Esempio 6.
La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha} è convergente se a\alpha \ > 1 e divergente se \alpha \le 1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} \frac{2^k}{2^{k\alpha}} = \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^\left ( 1-\alpha \right )^k
Omissioni:
Esempio 6. La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha}
1
n n =1
å è convergente
se a>1 e divergente se a£1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo
stesso carattere della serie 2k
Modificato il 2006-02-23 17:20:08 da MbutU
Aggiunzioni:
Criterio della serie di Cauchy.
La serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n ha lo stesso carattere della serie \sum_{k=1}^{+ \infty} 2^ka_{2^k} se a_n \to 0 non crescendo.
Esempio 6. La serie armonica generalizzata \sum_{n=1}^{+ \infty} \frac{1}{n^\alpha}
1
n n =1
+¥
å è convergente
se a>1 e divergente se a£1. Tale risultato si ottiene utilizzando il
criterio della serie di Cauchy. Infatti, la serie armonica ha lo
stesso carattere della serie 2k
2k
n=1
+¥
å = 2(1 - ) k
n=1
+¥
å che converge se 21- < 1,
se e solo se a > 1.
Utilizzando il criterio del confronto e la serie armonica
generalizzata otteniamo il seguente:
Modificato il 2006-02-23 17:09:56 da MbutU
Aggiunzioni:
Osservazione 6. (Criterio del rapporto sotto forma di limite).
Se
\lim_{n \to {+ \infty}} \frac{a_{n+1}}{a_n} = l, la serie
\sum_{n=1}^{+ \infty} a_n è convergente se
l \ < 1, è divergente positivamente
l \ > 1. Se
l = 1 a priori non possiamo dire nulla.
Modificato il 2006-02-23 16:58:30 da MbutU
Aggiunzioni:
ii) se \frac{a_{n+1}}{a_n} \ge 1 per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è divergente positivamente.
Dimostrazione. La (i) segue dalla relazione a_{n+1} \le xa_n che implica a_n \le x^{n-1}a_1 e quindi la serie data è minorante rispetto alla serie geometrica \sum_{n=1}^{+ \infty} a_1x^{n-1} che è convergente.
La (ii) dalla relazione a_{n+1} \ge a_n che implica che il termine generale della serie non converge a zero.
Omissioni:
ii) se \frac{a_{n+1}}{a_n} \le x
an
³ 1 per ogni n IN la serie data è divergente
positivamente.
Dimostrazione. La (i) segue dalla relazione an+1£ xan che implica
an £ xn-1a1 e quindi la serie data è minorante rispetto alla serie
geometrica a1xn-1
n=1
+¥
å che è convergente.
La (ii) dalla relazione an+1³an che implica che il termine generale
della serie non converge a zero.
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Vista della pagina:
Serie Numeriche
Definizione 1. Data una successione
\left ( a_n \right) alla scrittura formale
1) a_1 + a_2 + ... + a_n + ...
si dà il nome di serie.
I numeri a_1, a_2,... ,a_n ,... rappresentano i termini della serie, in
particolare a_n è il termine generale della serie. La (1) si denota
anche con \sum_{n=1}^\infty a_n.
La successione \left ( s_n \right) è nota come successione delle somme
parziali.
Definizione 2.
i) Se la successione \left ( s_n \right) è convergente, diremo
che la serie (1) è convergente. Se \left ( s_n \right) \to s, diremo che s è la somma
della serie (1).
ii) Se la successione \left ( s_n \right) diverge positivamente (risp. negativamente) diremo che la serie (1) è divergente
positivamente (risp. negativamente).
iii) Se la successione \left ( s_n \right) non è regolare diremo che la serie (1) è
indeterminata.
Osservazione 1.
Se la serie \sum_{n=1}^\infty a_n è convergente allora il suo termine generale converge a zero, in simboli a_n \to 0. Tale affermazione segue dall’uguaglianza a_n = s_n - s_{n-1}.
Osservazione 2.
Se la serie \sum_{n=1}^\infty a_n è a termini non negativi, cioè a_n \ge 0 per ogni n, allora è regolare. (Una serie è detta regolare se è convergente o divergente). L’affermazione precedente segue dal fatto che la successione \left ( s_n \right) delle somme parziali è non decrescente, in virtù del fatto che s_{n+1} = s_n + a_{n+1} \ge s_n essendo a_{n+1} \ge 0 .
Osservazione 3.
Una serie a termini positivi il cui termine generale non converge a zero è divergente positivamente.
Esempio 1.
La serie \sum_{n=1}^\infty \frac{n}{n+1} diverge positivamente dato che il suo termine generale non converge a zero.
Osservazione 4. (Criterio di Cauchy).
Ricordiamo che una successione \left ( s_n \right) è convergente se e solo se è di Cauchy, cioè se \forall \; \varepsilon \ > \ 0 \ \exists \; n_{\left ( \varepsilon \right)} tale che \forall \; n, m \ge \ n_{\left ( \varepsilon \right)} risulta \left | s_m - s_n \right | < \varepsilon. Se scegliamo m = n + p con p \in \mathbb{N}, allora la successione \left ( s_n \right) è convergente se e solo se per ogni \forall \; n \ge \ n_{\left ( \varepsilon \right)} e \forall \; p \in \mathbb{N} risulta soddisfatta la condizione \left | s_{n+p} - s_n \right | < \varepsilon.
Se la successione \left ( s_n \right) è quella delle somme parziali della serie \sum_{n=1}^\infty a_n deduciamo il seguente criterio di Cauchy. La serie \sum_{n=1}^\infty a_n è convergente se e solo se \forall \; \varepsilon \ > \ 0 \ \exists \; n_{\left ( \varepsilon \right)} tale che \forall \; n \ge \ n_{\left ( \varepsilon \right)} e \forall \; p \in \mathbb{N} risulta \left | \sum_{k=n+1}^{n+p} a_k \right | < \varepsilon.
Esempio 2.
Determinare il carattere della serie armonica \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n}. Osserviamo che per ogni n \in \mathbb{N} risulta
\sum_{k=n+1}^{2n} \frac{1}{k} = \frac{1}{n+1} + ... + \frac{1}{2n} \ge \frac{1}{2}
Il criterio di Cauchy permette di affermare che tale serie non è convergente, dato che la condizione richiesta non è soddisfatta se \varepsilon \ < \frac{1}{2}, ed essendo una serie a termini positivi risulta divergente positivamente.
Esempio 3.
Determinare il carattere della serie \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n\left ( n+1 \right)}.
Si osserva che \frac{1}{k\left ( k+1 \right)} = \frac{1}{k} - \frac{1}{k+1} per ogni k \in \mathbb{N} e si ottiene che s_n = \sum_{k=1}^n \frac{1}{k\left ( k+1 \right)} = \sum_{k=1}^n \frac{1}{k} - \sum_{k=1}^n \frac{1}{k+1} = \frac{n}{n+1}.
Da s_n \to 1 segue che la serie data è convergente ed ha per somma 1.
Criterio del Confronto.
Siano \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n e \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n due serie a termini non negativi con a_n \le b_n per ogni n \in \mathbb{N}. Posto s_n = \sum_{k=1}^n a_n e t_n = \sum_{k=1}^n b_n, dalla relazione \lim_{n \to {+ \infty}}s_n \le \lim_{n \to {+ \infty}}t_n (si ricordi che le successioni \left ( s_n \right), \left ( t_n \right) sono regolari), deduciamo che:
i) se la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n è divergente positivamente lo è anche la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n;
ii) se la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n è convergente lo è anche la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n.
Dal criterio precedente si deduce che se \exists \; \lim_{n \to {+ \infty}}\frac{a_n}{b_n} \in \mathbb{R}_+ allora leserie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n e \sum_{n=1}^{+ \infty} b_n hanno lo stesso carattere (cioè sono entrambe convergenti o entrambe divergenti positivamente).
Esempio 4.
Le serie \sum_{n=1}^{+ \infty}\frac{1}{n\left ( n+1 \right)} e \sum_{n=1}^{+ \infty}\frac{1}{n^2} hanno lo stesso carattere.
Basta osservare che {\frac{1}{n\left ( n+1 \right)} \over \frac{1}{n^2}} \to 1 \,\!.
Esempio 5.
La serie 1+x+...+x^{n-1}+... è la serie geometrica di ragione x.
Da s_n = \frac{1-x^n}{1-x} se x \ne 1 e s_n = n se x = 1 deduciamo che la serie geometrica è convergente ed ha per somma \frac{1}{1-x} se \left | x \right | \ < 1, è divergente positivamente per x \ge 1 ed è indeterminata per x \le -1.
Criterio della radice.
Sia \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n una serie a termini non negativi.
i) Se esiste x \in \left ] 0,1 \right [ tale che \sqrt[n]{a_n}\le x per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è convergente,
ii) se a \sqrt[n]{a_n}\ge 1 per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è divergente positivamente.
Dimostrazione. La (i) segue dalla relazione a_n \le x^n, che assicura che la serie considerata è minorante rispetto alla serie \sum_{n=1}^{+ \infty} x^n geometrica di ragione x che è convergente.
La (ii) dalla relazione a_n \ge 1 che implica che il termine generale della serie non converge a zero.
Osservazione 5. (
Criterio della radice sotto forma di limite).
Se \lim_{n \to {+ \infty}} \sqrt[n]{a_n} = l, la serie \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n è convergente se l \ < 1, è divergente positivamente se l \ > 1. Se l = 1 a priori non possiamo dire nulla.
Criterio del rapporto.
Sia \sum_{n=1}^{+ \infty} a_n una serie a termini positivi.
i) Se esiste x \in \left ] 0,1 \right [ tale che \frac{a_{n+1}}{a_n} \le x per ogni n \in \mathbb{N} la serie data è convergente,
ii) se \frac{a_{n+1}}{a_n} \le x
an
³ 1 per ogni n IN la serie data è divergente
positivamente.
Dimostrazione. La (i) segue dalla relazione an+1£ xan che implica
an £ xn-1a1 e quindi la serie data è minorante rispetto alla serie
geometrica a1xn-1
n=1
+¥
å che è convergente.
La (ii) dalla relazione an+1³an che implica che il termine generale
della serie non converge a zero.
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