Исследуйте сходимость следующего ряда: сум_{n=1..infty} (-1)^{n} * n / (n^2 + 1). Объясните, какие тесты применимы, возможен ли абсолютный и условный случай, и покажите, как можно оценить остаток частичной суммы

9 Ноя в 21:47
5 +4
0
Ответы
1
Серия
∑n=1∞(−1)nnn2+1 \sum_{n=1}^\infty (-1)^n\frac{n}{n^2+1}
n=1 (1)nn2+1n
исследуется так.
1) Сходимость знакопеременная (признак Лейбница). Обозначим an=nn2+1>0a_n=\dfrac{n}{n^2+1}>0an =n2+1n >0. Предел
lim⁡n→∞an=lim⁡n→∞nn2+1=0, \lim_{n\to\infty} a_n=\lim_{n\to\infty}\frac{n}{n^2+1}=0,
nlim an =nlim n2+1n =0,
и ana_nan монотонно невозрастающая для n≥1n\ge1n1, поскольку для f(x)=xx2+1f(x)=\dfrac{x}{x^2+1}f(x)=x2+1x имеем
f′(x)=1−x2(x2+1)2≤0(x≥1). f'(x)=\frac{1-x^2}{(x^2+1)^2}\le0\quad (x\ge1).
f(x)=(x2+1)21x2 0(x1).
По признаку Лейбница ряд сходится.
2) Абсолютная сходимость. Рассмотрим сумму модулей ∑an=∑nn2+1\sum a_n=\sum \dfrac{n}{n^2+1}an =n2+1n . По признаку предельного сравнения с 1n\dfrac{1}{n}n1 lim⁡n→∞nn2+11/n=lim⁡n→∞n2n2+1=1, \lim_{n\to\infty}\frac{\frac{n}{n^2+1}}{1/n}=\lim_{n\to\infty}\frac{n^2}{n^2+1}=1,
nlim 1/nn2+1n =nlim n2+1n2 =1,
а ряд ∑1/n\sum 1/n1/n расходится, поэтому ∑an\sum a_nan тоже расходится. Следовательно исходный ряд сходится условно, но не абсолютно.
3) Оценка остатка частичной суммы. Для знакопеременных рядов по признаку Лейбница остаток после NNN членов удовлетворяет
∣RN∣=∣S−SN∣≤aN+1=N+1(N+1)2+1. |R_N|=\left|S-S_N\right|\le a_{N+1}=\frac{N+1}{(N+1)^2+1}.
RN =SSN aN+1 =(N+1)2+1N+1 .
Для грубой оценки можно также использовать
N+1(N+1)2+1≤1N+1. \frac{N+1}{(N+1)^2+1}\le\frac{1}{N+1}.
(N+1)2+1N+1 N+11 .

Краткое заключение: ряд сходится условно (по Лейбницу), не сходится абсолютно (пределное сравнение с 1/n1/n1/n); остаток после NNN членов не превосходит N+1(N+1)2+1\dfrac{N+1}{(N+1)^2+1}(N+1)2+1N+1 (и, в частности, 1N+1\dfrac{1}{N+1}N+11 ).
9 Ноя в 22:36
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир