Признак д’Аламбера
- 1 year ago
- 0
- 0
В математике Признак сходимости числового ряда — это метод, позволяющий установить сходимость или расходимость бесконечного ряда:
Здесь — последовательность вещественных или комплексных чисел ; эти числа называются членами ряда .
Если с ростом предел члена ряда не существует или не равен нулю, то ряд расходится . |
Следовательно, условие необходимо (но не достаточно) для сходимости ряда. Другими словами, если это условие не выполнено, то ряд заведомо расходится, однако если оно выполнено, то нет гарантии, что ряд сходится — см., например, гармонический ряд .
Ряды с неотрицательными членами называют также знакоположительными или просто положительными .
Знакоположительный ряд сходится тогда и только тогда , когда последовательность его частичных сумм ограничена сверху . |
Заключение о сходимости или расходимости ряда можно сделать на основании почленного сравнения его с другим рядом (« мажорантой »), поведение которого уже известно .
Пусть даны два знакоположительных ряда: и . Если, начиная с некоторого номера ( ), выполняется неравенство: , то :
|
Следствие для рядов с членами произвольного знака:
Если ряд абсолютно сходится и начиная с некоторого номера все , то и ряд сходится абсолютно. |
Пример . Докажем сходимость ряда обратных квадратов :
Для него рядом-мажорантой можно выбрать ряд:
Частичную сумму этого ряда можно представить в виде:
Поэтому ряд сходится, и его сумма равна 2. Следовательно, по признаку сравнения , и ряд обратных квадратов сходится к некоторому числу в интервале .
Этот признак сильнее, чем и .
Если для ряда существует предел: то при ряд сходится, а при — расходится. Если , то данный признак не позволяет сделать определённый вывод о сходимости ряда . |
Этот признак позволяет с полной определённостью определить, сходится или расходится ряд.
Пусть функция определена при , неотрицательна, монотонно убывает и . Тогда ряд и несобственный интеграл: сходятся или расходятся одновременно . |
Пример . Выясним сходимость ряда для дзета-функции Римана (в вещественном случае):
Для него порождающая функция имеет вид: . Вычислим интеграл:
Пусть для знакоположительного ряда отношение может быть представлено в виде: где — постоянные, а последовательность ограничена. Тогда :
|
Признак Куммера— чрезвычайно общий и гибкий признак сходимости рядов с положительными членами. Фактически он представляет собой схему для конструирования конкретных признаков .
Пусть даны знакоположительный ряд и последовательность положительных чисел такая, что ряд расходится. Если, начиная с некоторого номера, выполняется неравенство: где .— положительная постоянная, то ряд сходится. Если же, начиная с некоторого номера, то ряд расходится. |
Чаще на практике применяют предельную форму признака Куммера: находим тогда в случае ряд сходится, а при — расходится.
Из признака Куммера получаются ряд других признаков:
Если для ряда существует предел: то при ряд сходится, а при — расходится. Если , то данный признак не позволяет сделать определённый вывод о сходимости ряда . |
Знакопеременными называются ряды, члены которых могут быть как положительны, так и отрицательны.
Этот признак также известен как критерий Даламбера . Он проще, чем признак Коши, однако слабее — если работает признак Даламбера, то всегда работает и признак Коши, однако существуют ряды, к которым признак Коши примени́м, а признак Даламбера не даёт результатов .
Если существует
то:
|
Пример . Исследуем сходимость ряда где Вычислим предел:
Следовательно, ряд сходится при и расходится при Случай следует разобрать отдельно; проверка показывает, что тогда члены ряда не убывают ( , поэтому ) так что и в этом случае ряд расходится.
Если существует
то:
|
Признак Коши сложнее, однако сильнее, чем признак Даламбера: если признак Даламбера подтверждает сходимость или расходимость ряда, то и признак Коши делает то же, однако обратное неверно .
Пример . Исследуем ряд где — последовательность положительных чисел, причём
Согласно признаку Коши, возможны три случая.
Этот признак также называют критерий Лейбница .
Пусть для знакочередующегося ряда :
выполняются следующие условия:
Тогда такой ряд сходится . |
Числовой ряд сходится, если выполнены следующие условия :
|
Пусть выполнены условия:
Тогда ряд сходится. |
Описанные выше признаки Лейбница и Абеля вытекают из признака Дирихле и поэтому слабее последнего .
Хотя большинство признаков имеют дело с сходимостью бесконечных рядов, их нередко можно использовать, чтобы показать сходимость или расходимость бесконечных произведений . Этого можно добиться, используя следующую теорему:
Теорема . Пусть — последовательность положительных чисел. Тогда бесконечное произведение сходится тогда и только тогда, когда сходится ряд .
Также аналогично, если , то имеет ненулевой предел тогда и только тогда, когда ряд сходится. Это можно доказать, логарифмируя произведение .