Рассмотрите ряд sum_{n=2}^\infty 1/(n (ln n)^p). Найдите значения p, при которых ряд сходится, объясните используемые признаки и тонкости при p=1

18 Ноя в 17:19
4 +1
0
Ответы
1
Рассматриваем ряд ∑n=2∞1n(ln⁡n)p \sum_{n=2}^\infty \frac{1}{n(\ln n)^p} n=2 n(lnn)p1 .
1) Интегральный признак. Рассмотрим функцию f(x)=1x(ln⁡x)pf(x)=\dfrac{1}{x(\ln x)^p}f(x)=x(lnx)p1 , положительную и убывающую при x≥ex\ge exe. По замене u=ln⁡xu=\ln xu=lnx, du=dxxdu=\frac{dx}{x}du=xdx ,
∫2∞dxx(ln⁡x)p=∫ln⁡2∞u−p du. \int_{2}^{\infty}\frac{dx}{x(\ln x)^p}=\int_{\ln 2}^{\infty}u^{-p}\,du.
2 x(lnx)pdx =ln2 updu.
Если p≠1p\neq1p=1, то ∫ln⁡2∞u−pdu=u1−p1−p∣ln⁡2∞\int_{\ln2}^{\infty}u^{-p}du=\left.\frac{u^{1-p}}{1-p}\right|_{\ln2}^{\infty}ln2 updu=1pu1p ln2 , что сходится тогда и только тогда, когда 1−p<01-p<01p<0, т.е. p>1p>1p>1. При p=1p=1p=1 получаем ∫ln⁡2∞duu=∞\int_{\ln2}^{\infty}\frac{du}{u}=\inftyln2 udu =. По интегральному признаку ряд сходится ⇔ интеграл сходится, значит ряд сходится при p>1p>1p>1 и расходится при p≤1p\le1p1.
2) Альтернативный (Cauchy condensation). Для убывающей an=1n(ln⁡n)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(ln⁡2k)p=1(ln⁡2)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}kp, сходящиеся при p>1p>1p>1 и расходящиеся при p≤1p\le1p1.
3) Тонкости при p=1p=1p=1. Ряд ∑n=2∞1nln⁡n \sum_{n=2}^\infty \frac{1}{n\ln n} n=2 nlnn1 расходится, но очень медленно: частичные суммы растут как
∑n=2N1nln⁡n∼ln⁡ln⁡N+C, \sum_{n=2}^{N}\frac{1}{n\ln n}\sim \ln\ln N + C,
n=2N 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\le1p1.
18 Ноя в 17:29
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