Рассматриваем ряд ∑n=2∞1n(lnn)p \sum_{n=2}^\infty \frac{1}{n(\ln n)^p} ∑n=2∞n(lnn)p1. 1) Интегральный признак. Рассмотрим функцию f(x)=1x(lnx)pf(x)=\dfrac{1}{x(\ln x)^p}f(x)=x(lnx)p1, положительную и убывающую при x≥ex\ge ex≥e. По замене u=lnxu=\ln xu=lnx, du=dxxdu=\frac{dx}{x}du=xdx, ∫2∞dxx(lnx)p=∫ln2∞u−p du.
\int_{2}^{\infty}\frac{dx}{x(\ln x)^p}=\int_{\ln 2}^{\infty}u^{-p}\,du. ∫2∞x(lnx)pdx=∫ln2∞u−pdu.
Если p≠1p\neq1p=1, то ∫ln2∞u−pdu=u1−p1−p∣ln2∞\int_{\ln2}^{\infty}u^{-p}du=\left.\frac{u^{1-p}}{1-p}\right|_{\ln2}^{\infty}∫ln2∞u−pdu=1−pu1−pln2∞, что сходится тогда и только тогда, когда 1−p<01-p<01−p<0, т.е. p>1p>1p>1. При p=1p=1p=1 получаем ∫ln2∞duu=∞\int_{\ln2}^{\infty}\frac{du}{u}=\infty∫ln2∞udu=∞. По интегральному признаку ряд сходится ⇔ интеграл сходится, значит ряд сходится при p>1p>1p>1 и расходится при p≤1p\le1p≤1. 2) Альтернативный (Cauchy condensation). Для убывающей an=1n(lnn)pa_n=\frac{1}{n(\ln n)^p}an=n(lnn)p1 ряд сходится тогда и только тогда, когда сходится ряд ∑k=1∞2ka2k\sum_{k=1}^\infty 2^k a_{2^k}∑k=1∞2ka2k. Но 2ka2k=2k2k(ln2k)p=1(ln2)p⋅1kp,
2^k a_{2^k}=\frac{2^k}{2^k(\ln 2^k)^p}=\frac{1}{(\ln 2)^p}\cdot\frac{1}{k^p}, 2ka2k=2k(ln2k)p2k=(ln2)p1⋅kp1,
что даёт ряды вида константа⋅∑k−p\cdot\sum k^{-p}⋅∑k−p, сходящиеся при p>1p>1p>1 и расходящиеся при p≤1p\le1p≤1. 3) Тонкости при p=1p=1p=1. Ряд ∑n=2∞1nlnn \sum_{n=2}^\infty \frac{1}{n\ln n} ∑n=2∞nlnn1 расходится, но очень медленно: частичные суммы растут как ∑n=2N1nlnn∼lnlnN+C,
\sum_{n=2}^{N}\frac{1}{n\ln n}\sim \ln\ln N + C, n=2∑Nnlnn1∼lnlnN+C,
поэтому при p=1p=1p=1 нет абсолютной «малости» — разложение медленное, но разложение всё же расходится. Итого: ряд сходится при p>1p>1p>1 и расходится при p≤1p\le1p≤1.
1) Интегральный признак. Рассмотрим функцию f(x)=1x(lnx)pf(x)=\dfrac{1}{x(\ln x)^p}f(x)=x(lnx)p1 , положительную и убывающую при x≥ex\ge ex≥e. По замене u=lnxu=\ln xu=lnx, du=dxxdu=\frac{dx}{x}du=xdx ,
∫2∞dxx(lnx)p=∫ln2∞u−p du. \int_{2}^{\infty}\frac{dx}{x(\ln x)^p}=\int_{\ln 2}^{\infty}u^{-p}\,du.
∫2∞ x(lnx)pdx =∫ln2∞ u−pdu. Если p≠1p\neq1p=1, то ∫ln2∞u−pdu=u1−p1−p∣ln2∞\int_{\ln2}^{\infty}u^{-p}du=\left.\frac{u^{1-p}}{1-p}\right|_{\ln2}^{\infty}∫ln2∞ u−pdu=1−pu1−p ln2∞ , что сходится тогда и только тогда, когда 1−p<01-p<01−p<0, т.е. p>1p>1p>1. При p=1p=1p=1 получаем ∫ln2∞duu=∞\int_{\ln2}^{\infty}\frac{du}{u}=\infty∫ln2∞ udu =∞. По интегральному признаку ряд сходится ⇔ интеграл сходится, значит ряд сходится при p>1p>1p>1 и расходится при p≤1p\le1p≤1.
2) Альтернативный (Cauchy condensation). Для убывающей an=1n(lnn)pa_n=\frac{1}{n(\ln n)^p}an =n(lnn)p1 ряд сходится тогда и только тогда, когда сходится ряд ∑k=1∞2ka2k\sum_{k=1}^\infty 2^k a_{2^k}∑k=1∞ 2ka2k . Но
2ka2k=2k2k(ln2k)p=1(ln2)p⋅1kp, 2^k a_{2^k}=\frac{2^k}{2^k(\ln 2^k)^p}=\frac{1}{(\ln 2)^p}\cdot\frac{1}{k^p},
2ka2k =2k(ln2k)p2k =(ln2)p1 ⋅kp1 , что даёт ряды вида константа⋅∑k−p\cdot\sum k^{-p}⋅∑k−p, сходящиеся при p>1p>1p>1 и расходящиеся при p≤1p\le1p≤1.
3) Тонкости при p=1p=1p=1. Ряд ∑n=2∞1nlnn \sum_{n=2}^\infty \frac{1}{n\ln n} ∑n=2∞ nlnn1 расходится, но очень медленно: частичные суммы растут как
∑n=2N1nlnn∼lnlnN+C, \sum_{n=2}^{N}\frac{1}{n\ln n}\sim \ln\ln N + C,
n=2∑N nlnn1 ∼lnlnN+C, поэтому при p=1p=1p=1 нет абсолютной «малости» — разложение медленное, но разложение всё же расходится.
Итого: ряд сходится при p>1p>1p>1 и расходится при p≤1p\le1p≤1.