Приведен вычислительный способ суммирования ряда 1/n(n+1) от n=1 до N путем разложения на простые дроби. Найдите ошибку в следующем рассуждении: «1/n(n+1) = 1/n - 1/(n+1), значит сумма от 1 до N равна 1 - 1/(N+1), и при N стремящемся к бесконечности сумма равна 1», объясните, какие утверждения верны, а какие требуют уточнений
На самом деле «ошибки» как таковой в вычислениях нет — но в исходной формулировке скрыта неточность, связанная с обращением с бесконечной суммой. Разберу по пунктам.
1) Тождество 1/n(n+1)n(n+1)n(n+1) = 1/n − 1/n+1n+1n+1
верно для любого целого n ≥ 1 этопростаяраспадающаясянапростыедробиформулаэто простая распадающаяся на простые дроби формулаэтопростаяраспадающаясянапростыедробиформула.
2) Для конечного N сумма SN = sum{n=1}^N 1/n(n+1)n(n+1)n(n+1)
действительно телескопирует: SN = sum{n=1}^N 1/n−1/(n+1)1/n − 1/(n+1)1/n−1/(n+1) = 1 − 1/N+1N+1N+1. Это строго верно складываемконечноечислоравенствскладываем конечное число равенствскладываемконечноечислоравенств.
3) Предел lim_{N→∞} SN = lim{N→∞} 1−1/(N+1)1 − 1/(N+1)1−1/(N+1) = 1 также верен, так как 1/N+1N+1N+1 → 0 при N → ∞. Следовательно ряд sum_{n=1}^∞ 1/n(n+1)n(n+1)n(n+1) сходится и его сумма равна 1.
Что требовало уточнения:
Нельзя просто «сокращать» бесконечные ряды как будто это конечные суммы без объяснения: операция сокращения применяема к частичным суммам S_N, и сходимость ряда оправдывает переход к пределу. В общем случае особеннодляусловносходящихсярядовособенно для условно сходящихся рядовособеннодляусловносходящихсярядов такие формальные сокращения/перестановки членов могут быть некорректны.Здесь оправдание перехода к пределу тривиально, потому что все члены положительны и S_N монотонно растёт и ограничен поэтомусуществуетпределпоэтому существует пределпоэтомусуществуетпредел — или прямо потому что 1/N+1N+1N+1 → 0.
Краткий корректный вывод: каждое равенство верно, сумма первых N членов равна 1 − 1/N+1N+1N+1, а ряд при N → ∞ действительно сходится к 1. Главное замечание — явно работать через частичные суммы и предел, а не оперировать «бесконечным» сокращением как с конечным.
На самом деле «ошибки» как таковой в вычислениях нет — но в исходной формулировке скрыта неточность, связанная с обращением с бесконечной суммой. Разберу по пунктам.
1) Тождество
1/n(n+1)n(n+1)n(n+1) = 1/n − 1/n+1n+1n+1 верно для любого целого n ≥ 1 этопростаяраспадающаясянапростыедробиформулаэто простая распадающаяся на простые дроби формулаэтопростаяраспадающаясянапростыедробиформула.
2) Для конечного N сумма
SN = sum{n=1}^N 1/n(n+1)n(n+1)n(n+1) действительно телескопирует:
SN = sum{n=1}^N 1/n−1/(n+1)1/n − 1/(n+1)1/n−1/(n+1) = 1 − 1/N+1N+1N+1.
Это строго верно складываемконечноечислоравенствскладываем конечное число равенствскладываемконечноечислоравенств.
3) Предел
lim_{N→∞} SN = lim{N→∞} 1−1/(N+1)1 − 1/(N+1)1−1/(N+1) = 1
также верен, так как 1/N+1N+1N+1 → 0 при N → ∞. Следовательно ряд sum_{n=1}^∞ 1/n(n+1)n(n+1)n(n+1) сходится и его сумма равна 1.
Что требовало уточнения:
Нельзя просто «сокращать» бесконечные ряды как будто это конечные суммы без объяснения: операция сокращения применяема к частичным суммам S_N, и сходимость ряда оправдывает переход к пределу. В общем случае особеннодляусловносходящихсярядовособенно для условно сходящихся рядовособеннодляусловносходящихсярядов такие формальные сокращения/перестановки членов могут быть некорректны.Здесь оправдание перехода к пределу тривиально, потому что все члены положительны и S_N монотонно растёт и ограничен поэтомусуществуетпределпоэтому существует пределпоэтомусуществуетпредел — или прямо потому что 1/N+1N+1N+1 → 0.Краткий корректный вывод: каждое равенство верно, сумма первых N членов равна 1 − 1/N+1N+1N+1, а ряд при N → ∞ действительно сходится к 1. Главное замечание — явно работать через частичные суммы и предел, а не оперировать «бесконечным» сокращением как с конечным.