background image

Wykład dziesiąty

Szeregi liczbowe - c.d.

WW zbieżności szeregów o wyrazach nieujemnych

Uwaga 1. Jeśli (a

n

­ 0, to ciąg sum (S

n

) jest niemalejący. Zatem ciąg sum (S

n

) jest zbieżny

wtw gdy jest ograniczony z góry.

Tw.1.(kryterium całkowe zbieżności szeregów liczbowych) Niech oznacza dowolną liczbę na-
turalną. Jeżeli funkcja jest nierosnąca i nieujemna na przedziale hm; +), to szereg liczbowy

X

n=m

(n) i całka

Z

+

m

(x)dx

są jednocześnie zbieżne albo rozbieżne.

Tw.2. (kryterium porównawcze) Jeżeli

X

n=1

a

n

oraz

X

n=1

b

n

są szeregami o wyrazach nieujemnych

oraz a

n

¬ b

n

dla n > n

0

, to

1. jeżeli szereg

X

n=1

a

n

jest rozbieżny, to rozbieżny jest szereg

X

n=1

b

n

;

2. jeżeli szereg

X

n=1

b

n

jest zbieżny, to zbieżny jest szereg

X

n=1

a

n

.

Tw.3. (kryterium d’Alemberta) Jeżeli

X

n=1

a

n

jest szeregiem o wyrazach dodatnich i istnieje

granica lim

n→∞

a

n+1

a

n

(właściwa lub niewłaściwa), to

1. jeśli 0 ¬ g < 1, to szereg

X

n=1

a

n

jest zbieżny;

2. jeśli g > 1, to szereg

X

n=1

a

n

jest rozbieżny.

Tw.4. (kryterium Cauchy’go) Jeżeli

X

n=1

a

n

jest szeregiem o wyrazach nieujemnych i istnieje

granica lim

n→∞

n

a

n

(właściwa lub niewłaściwa), to

1. jeśli 0 ¬ g < 1, to szereg

X

n=1

a

n

jest zbieżny;

2. jeśli g > 1, to szereg

X

n=1

a

n

jest rozbieżny.

W obu twierdzeniach jeśli = 1, to kryterium nie rozstrzyga zbieżności badanego szeregu.

1

background image

Szeregi liczbowe o wyrazach dowolnego znaku

Def Szereg

X

n=1

(1)

n+1

a

n

, gdzie a

n

0 dla n ∈ N nazywamy szeregiem naprzemiennym.

Tw.5. (kryterium Leibniza) Jeżeli (a

n

)

n∈N

jest ciągiem nierosnącym i lim

n→∞

a

n

= 0, to szereg

X

n=1

(1)

n+1

a

n

jest zbieżny.

Def. Szereg zbieżny

X

n=1

a

n

jest zbieżny bezwzględnie, jeśli zbieżny jest szereg

X

n=1

|a

n

|. Jeśli szereg

X

n=1

|a

n

jest rozbieżny, to dany szereg jest zbieżny warunkowo.

Tw.6. Jeżeli szereg

X

n=1

|a

n

jest zbieżny, to szereg

X

n=1

a

n

jest zbieżny (bezwzględnie).

Szeregi potęgowe

Def. Szeregiem potęgowym nazywamy szereg funkcyjny postaci

X

n=0

a

n

(x − x

0

)

n

a

0

a

1

(x − x

0

) + a

2

(x − x

0

)

2

· · · ,

gdzie a

n

∈ R – współczynniki liczbowe, x

0

– ustalona liczba rzeczywista, a oznacza zmienną.

Dla x

0

= 0 szereg potęgowy ma postać :

X

n=0

a

n

x

n

. Wystarczy rozpatrywać własności szeregów

potęgowych tej postaci.

Uwaga 2. Jeżeli szereg

X

n=0

a

n

x

n

jest zbieżny w punkcie a, to jest zbieżny w przedziale

(−|a||a|).

Niech X

df

={x ∈ R :

X

n=0

a

n

x

n

jest zbieżny}X 6, bo 0 ∈ X. Zatem zbiór {|x| x ∈ X} jest

niepustym podzbiorem R, więc posiada kresy; jego kres dolny jest równy 0, a jego kres górny

oznaczamy przez i nazywamy promieniem zbieżności szeregu potęgowego

X

n=0

a

n

x

n

. Oczywiście

¬ R ¬ +.

Uwaga 3. Jeżeli promień zbieżności jest

1. równy 0, to szereg

X

n=0

a

n

x

n

jest zbieżny tylko w punkcie = 0;

2. równy +, to szereg

X

n=0

a

n

x

n

jest zbieżny dla każdego x ∈ R;

2

background image

3. 0 < R < +, to szereg

X

n=0

a

n

x

n

jest zbieżny w przedziale (−RR) i jest rozbieżny w

zbiorze (−∞−R∪ (R; +).

Tw.7 Jeżeli istnieje lim

n→∞




a

n+1

a

n




λ lub lim

n→∞

n

q

|a

n

λ, to promień zbieżności szeregu

potęgowego

X

n=0

a

n

x

n

jest równy

=

0

,

λ = +

1

λ

< λ < +

+∞ ,

λ = 0

3