Разберите ряд sum_{n=1}^infty (-1)^{n-1} / sqrt{n}. Используя несколько тестов сходимости (абсолютная, условная, критерий Дирихле и др.), аргументируйте, сходится ли ряд и почему выбранный критерий применим
Рассматриваем ряд ∑n=1∞(−1)n−1n\sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^{n-1}}{\sqrt{n}}∑n=1∞n(−1)n−1. 1) Абсолютная сходимость. Ряд модулей равен ∑n=1∞1n\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{\sqrt{n}}∑n=1∞n1 — это ppp-ряд с p=12≤1p=\tfrac12\le 1p=21≤1, поэтому расходится. Можно также сказать через интегральный тест: ∫1∞x−1/2 dx=limR→∞2(R−1)=∞\displaystyle\int_1^\infty x^{-1/2}\,dx= \lim_{R\to\infty}2(\sqrt{R}-1)=\infty∫1∞x−1/2dx=R→∞lim2(R−1)=∞. Следовательно исходный ряд не сходится абсолютно. 2) Альтернирующий ряд (критерий Лейбница). Положительные члены an=1na_n=\frac{1}{\sqrt{n}}an=n1 монотонно убывают и limn→∞an=0\lim_{n\to\infty}a_n=0limn→∞an=0. По критерию Лейбница ряд ∑(−1)n−1an\sum(-1)^{n-1}a_n∑(−1)n−1an сходится. Оценка остатка: для частичной суммы SNS_NSN остаток RN=∑n=N+1∞(−1)n−1anR_N=\sum_{n=N+1}^\infty (-1)^{n-1}a_nRN=∑n=N+1∞(−1)n−1an удовлетворяет ∣RN∣≤aN+1=1N+1|R_N|\le a_{N+1}=\frac{1}{\sqrt{N+1}}∣RN∣≤aN+1=N+11. 3) Критерий Дирихле. Пусть bn=(−1)n−1b_n=(-1)^{n-1}bn=(−1)n−1. Частичные суммы Bk=∑n=1kbnB_k=\sum_{n=1}^k b_nBk=∑n=1kbn равны 111 или 000, значит ограничены. Последовательность an=1na_n=\frac{1}{\sqrt{n}}an=n1 монотонно убывает к нулю. По критерию Дирихле ряд ∑anbn\sum a_n b_n∑anbn сходится. Это даёт другое подтверждение сходимости. Вывод: ряд сходится условно (сходится по Лейбницу/Дирихле, но не абсолютно). По значению это η(12)=∑n=1∞(−1)n−1n1/2≈0.6048986\eta(\tfrac12)=\sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^{n-1}}{n^{1/2}}\approx 0.6048986η(21)=∑n=1∞n1/2(−1)n−1≈0.6048986.
1) Абсолютная сходимость. Ряд модулей равен ∑n=1∞1n\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{\sqrt{n}}∑n=1∞ n 1 — это ppp-ряд с p=12≤1p=\tfrac12\le 1p=21 ≤1, поэтому расходится. Можно также сказать через интегральный тест: ∫1∞x−1/2 dx=limR→∞2(R−1)=∞\displaystyle\int_1^\infty x^{-1/2}\,dx= \lim_{R\to\infty}2(\sqrt{R}-1)=\infty∫1∞ x−1/2dx=R→∞lim 2(R −1)=∞. Следовательно исходный ряд не сходится абсолютно.
2) Альтернирующий ряд (критерий Лейбница). Положительные члены an=1na_n=\frac{1}{\sqrt{n}}an =n 1 монотонно убывают и limn→∞an=0\lim_{n\to\infty}a_n=0limn→∞ an =0. По критерию Лейбница ряд ∑(−1)n−1an\sum(-1)^{n-1}a_n∑(−1)n−1an сходится. Оценка остатка: для частичной суммы SNS_NSN остаток RN=∑n=N+1∞(−1)n−1anR_N=\sum_{n=N+1}^\infty (-1)^{n-1}a_nRN =∑n=N+1∞ (−1)n−1an удовлетворяет ∣RN∣≤aN+1=1N+1|R_N|\le a_{N+1}=\frac{1}{\sqrt{N+1}}∣RN ∣≤aN+1 =N+1 1 .
3) Критерий Дирихле. Пусть bn=(−1)n−1b_n=(-1)^{n-1}bn =(−1)n−1. Частичные суммы Bk=∑n=1kbnB_k=\sum_{n=1}^k b_nBk =∑n=1k bn равны 111 или 000, значит ограничены. Последовательность an=1na_n=\frac{1}{\sqrt{n}}an =n 1 монотонно убывает к нулю. По критерию Дирихле ряд ∑anbn\sum a_n b_n∑an bn сходится. Это даёт другое подтверждение сходимости.
Вывод: ряд сходится условно (сходится по Лейбницу/Дирихле, но не абсолютно). По значению это η(12)=∑n=1∞(−1)n−1n1/2≈0.6048986\eta(\tfrac12)=\sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^{n-1}}{n^{1/2}}\approx 0.6048986η(21 )=∑n=1∞ n1/2(−1)n−1 ≈0.6048986.