background image

KILKA ZADA ´

N O SZEREGACH

1. Zbada´c zbie˙zno´s´c i zbie˙zno´s´c bezwzgle

,

dna

,

szeregu

P


n
=1

a

n

, je´sli a

n

=

a.

(n!)

2

(2n)!

;

a

,

(1)

n

n+1

(n+2)

n

;

c.

+ 1 

;

´

c.

2

n

·n!

n

n

;

d. (1)

n(n+1)/2

+ 1 

n

;

e.

3

n

·n!

n

n

e

,

.

1

(3n−2)(3n+1)

;

f.

1

n

n+1

;

g.

1

1000n+1

;

h.

1

(2n−1)(2n+1)

;

i.

(n!)

2

2

n

;

j.

4·7·10·...·(4+3n)
2·6·10·...·(2+4n)

;

k.

n

2

(2+

1

n

)

n

;

l.

n

5

2

n

+3

n

;

 l.

n−1
n+1

n(n−1)

;

m.

n

3

(

2+(1)

n

)

n

3

n

;

n.

n+a −

4

n

2

+n+a, b ∈ R;

´

n.

((n+1)!)

n

2!·4!·6!·...·(2n)!

;

o.

1·3·5·...·(2n−1)

2·4·6·...·(2n)

k

k ∈ ;

´

o.

(1)

n

n+(1)

n

;

p.

(1)

n

n

n

;

r.

(1)

n

n+(1)

n

;

s.

n

a − a > ;

´s.

n

n − ;

t.

n

n − 1

2

;

u.

n

n − 1

n

;

w.

x

n

(1+x)(1+x

2

)(1+x

3

)...(1+x

n

)

x 61;

x. e−(1+1/n)

n

;

y. n

k

x

n

x ∈ k ∈ ;

z.

n!·e

n

n

n+p

p ∈ ;

˙z

(1)

bn

21

n

.

2. Obliczy´c sume

,

szeregu

P


n
=1

a

n

, je´sli a

n

=

a.

2

n

x

2

n

1 + x

2

n

;

b.

x

2

n−1

− x

2

n

x 6±;

c. nq

n

|q| < 1

d. n

2

q

n

|q| < ;

e.

1

n(n+1)(n+2)

;

f.

1

n(n+3)(n+6)

;

g.

1

n(n+1)(n+2)(n+3)

;

h.

1

n(n+1)(n+3)(n+4)

;

i.

1

n(n+1) ·(

n+

n+1)

;

j.

n

n

4

+n

2

+1

;

k. (1)

(2n+1)

3

(2n+1)

4

+4

=

1

3

1

4

+4

3

3

3

4

+4

+

5

3

5

4

+4

7

3

7

4

+4

· · · .

3. Obliczy´c sume

,

szeregu

X

n=4

n − 1

n!

.

4. Obliczy´c sume

,

szeregu

X

n=2

 

X

n=2

1

k

n

!

.

5.

X

p,q≥2

1

p

q

− 1

, tu ka˙zda liczba p

q

wyste

,

puje jeden raz nawet wtedy, gdy 4

2

= 2

4

.

6. Wykaza´c, ˙ze dla dowolnego szeregu zbie˙znego

X

n=0

a

n

o wyrazach dodatnich istnieje taki

cia

,

g liczb dodatnich (b

n

) , kt´orego granica

,

jest ∞ , ˙ze

X

n=0

a

n

b

n

jest szeregiem zbie˙znym.

Nie ma wie

,

c najwolniej zbie˙znego szeregu.

1

background image

Indukcja, nier´owno´sci, kresy, granice cia

,

g´ow

7. Wykaza´c, ˙ze dla dowolnego szeregu rozbie˙znego

X

n=0

a

n

o wyrazach dodatnich istnieje cia

,

g

taki liczb dodatnich (b

n

) , kt´orego granica

,

jest 0 , ˙ze

X

n=0

a

n

b

n

jest szeregiem rozbie˙znym.

Nie ma wie

,

c najwolniej rozbie˙znego szeregu.

8. Dowie´s´c, ˙ze szereg

P

a

n

jest bezwzgle

,

dnie zbie˙zny wtedy i tylko wtedy, gdy dla dowolnego

cia

,

gu (b

n

) zbie˙znego do 0 szereg

P

a

n

b

n

jest zbie˙zny.

9.

Dowie´s´c, ˙ze je´sli (a

n

) jest dowolnym cia

,

giem liczb dodatnich rzeczywistych, to szereg

X

n=1

a

n

(1 + a

1

)(1 + a

2

. . . (1 + a

n

)

jest zbie˙zny. Niech = lim

n→∞

(1+a

1

)(1+a

2

. . . (1+a

n

)

.

Wyrazi´c sume

,

szeregu za pomoca

,

P ∈ [1, ∞] .

10. Dowie´s´c, ˙ze szereg

X

n=0

a

n

jest zbie˙zny wtedy i tylko wtedy, gdy a > −1 .

11. Dowie´s´c, ˙ze szereg

X

n=0

a

n

jest zbie˙zny bezwzgle

,

dnie wtedy i tylko wtedy, gdy a ≥ 0 .

12. Dowie´s´c, ˙ze je´sli szereg

X

n=1

|a

n+1

− a

n

jest zbie˙zny, to cia

,

g (a

n

) ma sko´

nczona

,

granice

,

.

Poda´c przyk lad ´swiadcza

,

cy o nieprawdziwo´sci twierdzenia odwrotnego.

13. Dowie´s´c, ˙ze je´sli (a

n

) jest ´sci´sle rosna

,

cym cia

,

giem liczb dodatnich, to szereg

X

n=1

1

a

n

a

n+1

jest zbie˙zny wtedy i tylko wtedy, gdy cia

,

g (a

n

) jest ograniczony.

14. Dowie´s´c, szereg

X

n=1

a

n

jest bezwzgle

,

dnie zbie˙zny wtedy i tylko wtedy, gdy dla ka˙zdego

cia

,

gu (b

n

) zbie˙znego do 0 szereg

X

n=1

a

n

b

n

jest zbie˙zny.

15. Dowie´s´c, ˙ze je´sli

X

n=1

|a

n+1

− a

n

| < ∞ , lim

n→∞

a

n

= 0 i cia

,

g sum cze

,

´sciowych szeregu

X

n=1

b

n

jest ograniczony, to szereg

X

n=1

a

n

b

n

jest zbie˙zny.

16. Dowie´s´c, ˙ze szereg

X

n=1

a

n

b

n

jest zbie˙zny dla ka˙zdego szeregu zbie˙znego

X

n=1

b

n

wtedy i tylko

wtedy, gdy

X

n=1

|a

n+1

−a

n

| <∞.

17. Dowie´s´c, ˙ze szereg

X

n=1

a

n

b

n

jest zbie˙zny dla ka˙zdego szeregu

X

n=1

b

n

, kt´orego cia

,

g sum

cze

,

´sciowych jest ograniczony, wtedy i tylko wtedy, gdy

X

n=1

|a

n+1

− a

n

| < ∞ i lim

n→∞

a

n

= 0.

18. Niech a

n

=

(1)

n−1

n

b

n

. Wykaza´c, ˙ze iloczyn szereg´ow

P

a

n

i

P

b

n

jest rozbie˙zny.

19. Czy ze zbie˙zno´sci szeregu

P

a

n

wynika zbie˙zno´s´c szeregu

P

a

2

n

?

20. Czy ze zbie˙zno´sci szeregu

P

a

n

o wyrazach dodatnich wynika zbie˙zno´s´c szeregu

P

a

2

n

?

21.

Czy ze zbie˙zno´sci szeregu

P

a

n

wynika zbie˙zno´s´c szeregu

P

a

3

n

?

2

background image

Indukcja, nier´owno´sci, kresy, granice cia

,

g´ow

22. Czy ze zbie˙zno´sci szeregu

P

a

n

o wyrazach dodatnich wynika zbie˙zno´s´c szeregu

P

a

3

n

?

23. Udowodni´c naste

,

puja

,

ce twierdzenie Ces`aro: Je´sli szeregi

X

n=0

a

n

i

X

n=0

b

n

sa

,

zbie˙zne i dla

ka˙zdego zachodza

,

wzory c

n

=

n

X

i=0

a

i

b

n−i

s

n

c

0

c

1

· · · c

n

, to

lim

n→∞

1

n

s

0

s

1

· · · s

n−1

=

X

n=0

a

n

·

X

n=0

b

n

.

24. Udowodni´c, ˙ze je´sli oba szeregi

X

n=1

a

n

,

X

n=1

b

n

i ich iloczyn sa

,

zbie˙zne, to zachodzi r´owno´s´c

X

n=0

a

n

·

X

n=0

b

n

=

X

n=0

(a

0

b

n

a

1

b

n−1

· · · a

n

b

0

) .

25. Niech s(x) =

X

n=0

(1)

n x

2n+1

(2n+1)!

c(x) =

X

n=0

(1)

n x

2n

(2n)!

. Udowodni´c, ˙ze oba szeregi sa

,

zbie˙zne dla ka˙zdej liczby rzeczywistej .

26. Udowodni´c, ˙ze prawdziwe sa

,

r´owno´sci:

a. c(x)

2

s(x)

2

= 1 dla ka˙zdej liczby x ∈ R ;

b. c(x)c(y− s(x)s(y) = c(y) dla dowolnych x, y ∈ R ;

c. c(x)s(y) + s(x)c(y) = s(y) dla dowolnych x, y ∈ R , gdzie c(x), s(x) sa

,

szeregami

zdefiniowanym w poprzednim zadaniu.

27. Dowie´s´c, ˙ze je´sli cia

,

g (a

n

) sk lada sie

,

z liczb dodatnich oraz 1 lim

n→∞

n

a

n

a

n+1

− 1

, to

szereg

X

n=0

a

n

jest zbie˙zny.

Wsk.: por´owna´c szereg

P

a

n

z szeregiem

P

1

n

p

< p < g .

28. Dowie´s´c, ˙ze je´sli cia

,

g (a

n

) sk lada sie

,

z liczb dodatnich oraz 1 lim

n→∞

n

a

n

a

n+1

− 1

, to

szereg

X

n=0

a

n

jest rozbie˙zny.

29. Poda´c przyk lad takiego cia

,

gu (a

n

) o wyrazach dodatnich dodatnich, dla kt´orego zachodzi

r´owno´s´c lim

n→∞

n

a

n

a

n+1

− 1

= 1 i szereg

X

n=0

a

n

jest rozbie˙zny.

30. Poda´c przyk lad takiego cia

,

gu (a

n

) o wyrazach dodatnich dodatnich, dla kt´orego zachodzi

r´owno´s´c lim

n→∞

n

a

n

a

n+1

− 1

= 1 i szereg

X

n=0

a

n

jest zbie˙zny.

31. Dowie´s´c, ˙ze je´sli nierosna

,

cy cia

,

g (a

n

) sk lada sie

,

z liczb dodatnich a szereg

X

n=0

a

n

jest

zbie˙zny, to lim

n→∞

na

n

= 0 . Czy twierdzenie odwrotne jest prawdziwe?

32. Niech wyrazy szeregu zbie˙znego

P


n
=1

a

n

be

,

da

,

dodatnie. Udowodni´c, ˙ze dla ka˙zdego k ∈ N

zbie˙zne sa

,

r´ownie˙z szeregi

X

n=1

1

n

a

n

i

X

n=1

k

a

n

· a

n+1

· . . . · a

n+k−1

.

33. Dowie´s´c, ˙ze je´sli |x| ≤

1
2

, to

1 + x − 

x

2

+

x

2

8

x

3

16

0,005 .

34. Dowie´s´c, ˙ze je´sli szereg

P


n
=0

a

n

jest bezwzgle

,

dnie zbie˙zny i b

n

=

a

0

+2a

1

+···+2

n

a

n

2

n+1

, to

3

background image

Indukcja, nier´owno´sci, kresy, granice cia

,

g´ow

zachodzi r´owno´s´c

P


n
=0

a

n

=

P


n
=0

b

n

.

35. Za l´o˙zmy, ˙ze wyrazy szeregu rozbie˙znego

X

n=1

a

n

sa

,

dodatnie i s

n

a

1

a

2

· · · a

n

dla

= 12, . . . Dowie´s´c, ˙ze szereg

a.

X

n=1

a

n

1+a

n

jest rozbie˙zny;

b.

X

n=1

a

n

s

n

jest rozbie˙zny;

c.

X

n=1

a

n

s

2

n

jest zbie˙zny;

d.

X

n=1

a

n

1+n

2

·a

n

jest zbie˙zny;

e.

X

n=1

a

n

1+n·a

n

mo˙ze by´c zbie˙zny lub rozbie˙zny.

36. Dowie´s´c, ˙ze dla ka˙zdej liczby rzeczywistej istnieje dok ladnie jeden taki cia

,

g liczb ca lko-

witych nieujemnych (a

n

)

n=1

, ˙ze:

dla ka˙zdego n ≥ 2 zachodzi nier´owno´s´c a

n

≤ n − 1 , przy czym jest ona jest ostra dla

niesko´

nczenie wielu liczb naturalnych , oraz a

1

+

1

2!

a

2

+

1

3!

a

3

· · · .

Dowie´s´c, ˙ze x ∈ Q wtedy i tylko wtedy, gdy dla prawie wszystkich zachodzi r´owno´s´c
a

n

= 0 .

37. Dowie´s´c, ˙ze je´sli 0 < x ≤ 1 , to istnieje dok ladnie jeden taki cia

,

g liczb naturalnych, ˙ze

< k

1

≤ k

2

≤ k

3

≤ . . . oraz =

1

k

1

+

1

k

1

k

2

+

1

k

1

k

2

k

3

· · · , przy czym liczba jest wy-

mierna wtedy i tylko wtedy, gdy istnieje taka liczba naturalna n

0

, ˙ze dla n ≥ n

0

zachodzi

r´owno´s´c k

n

k

n

0

.

38. Czy zbie˙zno´s´c szeregu

P

a

n

wynika z tego , ˙ze dla ka˙zdej liczby p ∈ N zachodzi wz´or

lim

n→∞

(a

n+1

a

n+2

· · · a

n+p

) = 0 ?

39. Szereg

P


n
=0

a

n

jest zbie˙zny. Czy wynika sta

,

d zbie˙zno´s´c szeregu:

(a) a

1

a

2

a

4

a

3

a

8

a

7

a

6

a

5

a

16

a

15

a

14

a

13

a

12

a

11

a

10

a

9

+

a

32

· · · a

17

a

64

· · · ;

(b) a

1

a

2

a

3

a

4

a

5

a

7

a

6

a

8

a

9

a

11

a

13

a

15

a

10

a

12

a

14

a

16

+

a

17

· · · a

31

a

18

· · · a

32

· · · ?

40. Dowie´s´c, ˙ze szereg

X

n=2

1

ln n

jest rozbie˙zny.

41. Dowie´s´c, ˙ze szereg

X

n=2

1

ln

2

n

jest zbie˙zny.

42. Dla jakich a ∈ R szereg

P


n
=2

ln n

a

jest zbie˙zny?

43. Dla jakich a ∈ R szereg

P


n
=1

a

n

ln jest zbie˙zny?

44. Dla jakich a ∈ R szereg

P


n
=1

a

n

e

−an

2

jest zbie˙zny?

45. Czy szereg

P


n
=1

(1)

bln nc 1

n

jest zbie˙zny?

46. Niech (a

n

) be

,

dzie cia

,

giem liczb dodatnich. Udowodni´c, ˙ze naste

,

puja

,

ce trzy warunki sa

,

r´ownowa˙zne:

(i) szereg

P


n
=1

a

n

jest zbie˙zny;

(ii) cia

,

g (p

n

) o wyrazie p

n

= (1 + a

1

)(1 + a

2

· . . . · (1 + a

n

) jest zbie˙zny;

(iii) istnieje taka liczba k ∈ N , ˙ze cia

,

g (q

n

) o wyrazie q

n

= (1 − a

k

)(1 − a

k+1

· . . . · (1 − a

n

)

ma granice

,

dodatnia

,

i sko´

nczona

,

.

Uwaga. Je´sli a

n

6= 1 dla ka˙zdego n , to mo˙zna przyja

,

´c, ˙ze k = 1 .

47. Obliczy´c sume

,

szeregu

P


n
=1

2

n

cos 

5

n−1

.

48. Obliczy´c sume

,

szeregu

P


n
=1

2

n

(5+cos )

n

.

4

background image

Indukcja, nier´owno´sci, kresy, granice cia

,

g´ow

49. Czy szereg

P


n
=1

1

n

sin

(2n+1)π

4

jest zbie˙zny? Je´sli tak, to czy bezwzgle

,

dnie?

50. Wykaza´c, ˙ze szereg

P


n
=1

sin jest rozbie˙zny.

51. Dowie´s´c, ˙ze ln 2 =

1
2

+

1
2

·

1

2

2

+

1
3

·

1

2

3

+

1
4

·

1

2

4

· · · .

52. Czy szereg

X

n=1

1

n!

n

e

n

jest zbie˙zny?

53. Dowie´s´c, ˙ze je´sli n ∈ N , to zachodzi wz´or ln(n+1)ln = =

2

2n+1

1+

1
3

1

(2n+1)

2

+

1
5

1

(2n+1)

4

+

1
7

1

(2n+1)

6

· · ·

.

54. Korzystaja

,

c z wzoru z poprzedniego zadania obliczy´c ln 2 i ln 5 z dok ladno´scia

,

do pie

,

ciu

miejsc po przecinku (bez u˙zycia sprze

,

tu elektronicznego).

55. Dla jakich x ∈ R szereg jest zbie˙zny?

a.

P


n
=1

n

−p

x

n

p ∈ R ;

b.

P


n
=1

1

n

3

n

+ (2)

n

x

n

;

c.

P


n
=1

(n!)

2

(2n)!

(+ 1)

n

;

d.

P


n
=1

1·3·5·...·(2n−1)

2·4·6·...·(2n)

p

x

n

;

e.

P


n
=1

a

n

2

x

n

a ∈ (01) ;

f.

P


n
=1

1 +

1

n

n

2

x

n

;

g.

P


n
=1

1 +

1
2

· · · +

1

n

x

n

;

h.

P


n
=1

1

2

n

x

n

2

;

i.

P


n
=1

1

n

(1)

b

nc

x

n

;

j.

P


n
=1

1

sin

n

n

x

n

;

k.

P


n
=1

1

ln n

n

1 + 2 cos

4

x

n

;

l.

P


n
=1

1

n

a

n

+

1

n

2

b

n

n

2

x+1

2

n

, gdzie a > 0 , b > 0 ;

m.

P


n
=1

1

n

10

`(n)

(2 − x)

n

`(n) to liczba cyfr liczby .

56. Wykaza´c, ˙ze

X

n=1

arctg

2

n

2

=

3π

4

.

57. Wykaza´c, ˙ze

X

n=1

arctg

1

n

2

+ 1

=

π

4

.

5