background image

 

 

INFINITE SERIES

background image

 

 

background image

 

 

Properties of exponents

Let  b>0,         . An exponential function is then a function in the 
form f(x) = b

x

.

1

b

background image

 

 

background image

 

 

Napiers bones

background image

 

 

Napiers bones

background image

 

 

Slide Rules

background image

 

 

Trigonometric functions

background image

 

 

background image

 

 

INVERSE TRIGONOMETRIC FUNCTIONS

x = sin α
α = arc sinx = sin

-1

 x

1. arc cos(x) + arc sin(x) = π/2

x

arc cosx

arc sinx

1

i.e.  cos(arccos(x)) = x

background image

 

 

INVERSE TRIGONOMETRIC FUNCTIONS

Unit circle

x

the length of the arc is α

x = cos α
α = arc cosx = cos

-1

 x

1

α

From the Figure we can deduce
2. arc cos(x) + arccos(-x ) = π

background image

 

 

Name

Usual 

notation

Definitio

n

Domain of x 

for 

real result

Range of typical 

principal value

arcsine

y = 

arcsin(x)

x = 

sin(y)

−1 to +1

−π/2 ≤ y ≤ π/2

arccosine

y = 

arccos(x)

x = 

cos(y)

−1 to +1

0 ≤ y ≤ π

arctangent y = 

arctan(x)

x = 

tan(y)

all

−π/2 < y < π/2

arccotange

nt

y = 

arccot(x)

x = 

cot(y)

all

0 < y < π

Inverse

 

trigonometric functions

background image

 

 

Graph  arcsin(x).

 

Graph  arccos(x). 

background image

 

 

Graph  arctan(x)

Graph  arcot(x)

background image

 

 

NUMBER SERIES

-How much is  a drop of lemonade?
-A drop I’ll give you for nothin’!

- Can I get a cupfull of drops?

background image

 

 

SERIES  
Given a sequence                         the   N-th 
partial sum 
 S

N

  is the sum of the first  N  terms 

of the sequence, that is,

}

,

a

,

a

,

a

{

3

2

1

N

1

n

n

N

a

S

We say that this series converges to S, or that its sum is S, if the limit

S

a

lim

N

1

n

n

N

exists and is equal to S. If there is no such number, 
then the series is said to diverge.

background image

 

 

In more formal language, a series converges if there 
exists a limit  S   such that for any arbitrarily small 
positive number             there is a large integer  N

0

 

such that for all  N > N

0

0

 S

S

N

background image

 

 

 

n

n

a

2

1

 

N

S

N

N

N

1

k

k

N

2

1

1

2

1

1

2

1

1

2

1

2

1

S

,

2

1

2

S

,

,

8

7

S

,

4

3

S

,

2

1

S

N

N

N

3

2

1

Let

EXAMPLE

The N-th partial sum              is

so the specific partial sums are

background image

 

 

This is only a test for divergence. If the limit is zero you can’t 
conclude anything, so you should never use this test  to show 
that a series converges 

n

1

n

n

S

S

a

oof

Pr

background image

 

 

1

n

n

1

n

n

a

k

a

k

1

n

n

n

1

n

1

n

n

n

)

b

a

(

b

a

0

...

0

0

0

)

)

3

(

)

2

(

)

1

(

(

)

3

2

1

(

2.

 The sum of two divergent series can be convergent!!!

NOTE:

1.

 The sum of two convergent series is always convergent

2. The sum of  series

1. Multipying a series by a number

background image

 

 

We can add a finite number of terms to a series or delete 
a finite number of terms without changing the series’ 
convergence or divergence.

As long as we preserve the order of its terms we can 
reindex any any series without altering its convergence, 

h

1

n

3

2

1

h

n

1

n

n

a

a

a

a

a

background image

 

 

POSITIVE SERIES

a

n

  > 0

background image

 

 

1

q 

1

n

n

q

1

a

q

a

1

q

1. Geometric Series

 

the sum of the series is  

If  

the series diverges .

k

1

n

k

1

n

q

1

q

1

a

q

a

3

2

1

n

1

n

aq

aq

aq

a

q

a

If

Proof

QED

background image

 

 

Express the repeating decimal 5.23232323... as the ratio 
of two integrers

99

518

99

23

5

99

100

100

23

5

...

)

100

(

1

)

100

(

1

100

1

1

100

23

5

...

)

100

(

23

)

100

(

23

100

23

5

...

32323232

.

5

3

2

3

2



geometric series
a = 1
q = 1/100

99

100

100

1

1

1

...

100

1

100

1

100

1

1

background image

 

 

background image

 

 

The harmonic series

is divergent

4

1

3

1

2

1

1

n

1

1

n

background image

 

 

If 0 < p  1 then the series diverges, e.g. 

1

n

p

n

1

1

n

n

1

3.  p-Series Test 

Consider the series    

.

If p > 1 then the series converges 

For p =1, the harmonic               series diverges

background image

 

 

Both of the series are convergent or divergent.

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

1. Examples for Root and Ratio 
Tests

2. Inconclusive Root and Ratio Test examples -  the tests are useless

convergent

n

1

.

2

divergent

n

1

.

1

1

n

2

1

n

background image

 

 

One can imagine that it was created by starting with a line segment, then 
recursively altering each line segment as follows:

•divide the line segment into three segments of equal length. 

•draw an equilateral triangle that has the middle segment from step 1 as 
its base and points outward. 

•remove the line segment that is the base of the triangle from step 2. 

The Koch curve is the limit approached as the above steps are followed 
over and over again.

The Koch snowflake (or Koch star

The first four iterations of the Koch snowflake. 

  

 

              

von Koch

 

background image

 

 

The first seven iterations in animation. 

The Koch curve has an infinite length:at each step the total length increases 
by one third and thus the length at step n is (4/3)

n

:

the sum of the lengths is a geometric series  with   |q| >1,  a

= 3(4/3)

n

 

so the sum is infinite.

The area of the Koch curve  is   

 

                   



n

1

k

k

1

k

9

4

3

1

4

3

here |q|<1 and the series is convergent, the area enclosed by the snowflake is finite.

background image

 

 

Wacław Franciszek Sierpiński (March 14, 1882 — October 21, 1969) 

Sierpiński curves are a recursively defined sequence of 
continuous closed plane fractal curves discovered by Wacław 
Sierpiński, which in the limit   

 

          completely fill the unit 

square: thus their limit curve, also called the Sierpiński curve, is 
an example of a space-filling curve. 

The  length of  S

n

 is                                            , 

i.e. it is divergent to infnity, whereas the limit of the area 
enclosed by S

n

 is  finite. 

Area= (1 - 1/4

n

)/3 + (1/4 + 1/2

2n+3

)/3 

background image

 

 

Sierpiński-Curve of first order

Sierpiński-Curves
of orders 1 and 2

Sierpiński-Curves
of orders 1 to 3

background image

 

 

The curve grain is obtained by replacing each corner of a 
square by a small square placed along the diagonal axis. 
Each order of the Sierpinski curve consists of 4 copies of the 
curve of the previous order replicated on a smaller scale and 
joined at the centre. 

http://www.geocities.com/ywhmaths/Fractals/Sierpinski.html

background image

 

 

SERIES WITH POSITIVE AND NEGATIVE TERMS

background image

 

 

Proof
First notice that |a

n

is either a

n

 or it is  a

n

 depending on its sign. This 

means that we can then  say,

Now, since we are assuming that  Σ |a

n

is convergent then 2 Σ |a

n

is also 

convergent since we can just factor the 2 out of the series and 2 times a 
finite value will still be finite. This allows us to use the Comparison Test 
to say that  Σ a

n

 +|a

n

is also a convergent series.

Finally, we can write,

Σa

n

 = Σ(a

n

 +|a

n

|) − Σ|a

n

|

and so Σ|a

n

is the difference of two convergent series and so is also 

convergent.

QED

1

n

n

a

1

n

n

a

If

    

 

converges, 

then   

 

also converges (but not vice-versa).

n

n

n

a

2

a

a

0

background image

 

 

If a series converges conditionally, it is possible to rearrange the 
terms of the series in such a way that the series converges to 
any value, or even diverges.

background image

 

 

If           is absolutely convergent then it is also convergent

1

n

n

a

We can use the positive series tests to check absolute convergence of a mixed
term series. If  the series is absolutely convergent then it is convergent.

Absolute convergence is a “stronger” type of 
convergence.
Series that are absolutely convergent are guaranteed to 
be convergent.
However, series that are convergent may or may not be 
absolutely convergent

n

n

n

n

n

n

n

a

)

a

a

(

a

,

a

2

)

a

a

(

0

oof

Pr

background image

 

 

background image

 

 

TIPS

1. First make an informal guess as to whether the series 
converges or diverges. Is a

100

 very small? Try the necessary 

condition for divergence.

2. Use limit comparison to find a simpler series you are 
familiar with where the terms behave like the terms of the 
given series.

3. If you see a factorial (!), use the ratio test.

4. If you see c

n

 (where c is constant), try the root or ratio 

test.

5. If you see n

c

 (n changes, c is constant), try the p-test.

6. If you see that the sign of the terms change try the 
alternating series test.

background image

 

 

background image

 

 

A conditionally convergent series  

In standard presentation    1-1/2 + 1/3 -1/4 + 1/5 -...
the alternating harmonic series converges to  S =  ln(2), 

background image

 

 

A conditionally convergent series


Document Outline