Дан ряд sum_{n=2}^\infty 1/(n (ln n)^p). Проанализируйте сходимость в зависимости от p и объясните тонкости при p = 1

23 Апр в 16:01
4 +1
0
Ответы
1
Рассмотрим ряд ∑n=2∞1n(ln⁡n)p \displaystyle\sum_{n=2}^\infty \frac{1}{n(\ln n)^p}n=2 n(lnn)p1 .
1) Интегральный признак. Для x≥2x\ge2x2 положительная убывающая функция f(x)=1x(ln⁡x)pf(x)=\frac{1}{x(\ln x)^p}f(x)=x(lnx)p1 . Сделав замену u=ln⁡xu=\ln xu=lnx (тогда dx/x=dudx/x=dudx/x=du) получим
∫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.
Последний интеграл сходится тогда и только тогда, когда p>1p>1p>1. Следовательно ряд сходится при p>1p>1p>1 и расходится при p≤1p\le1p1.
2) Альтернативное (и более наглядное) доказательство через сжатие Коши (Cauchy condensation). Для монотонно убывающей ana_nan ряд ∑an\sum a_nan сходится тогда и только тогда, когда сходится ∑2ka2k\sum 2^k a_{2^k}2ka2k . Для an=1n(ln⁡n)pa_n=\frac{1}{n(\ln n)^p}an =n(lnn)p1 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 ,
то есть сводится к ppp-ряду; он сходится только при p>1p>1p>1.
3) Тонкости при p=1p=1p=1. 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. Из интегрального сравнения
∑k=2N1kln⁡k=∫2Ndxxln⁡x+O(1)=ln⁡ln⁡N+O(1), \sum_{k=2}^{N}\frac{1}{k\ln k}=\int_{2}^{N}\frac{dx}{x\ln x}+O(1)=\ln\ln N+O(1),
k=2N klnk1 =2N xlnxdx +O(1)=lnlnN+O(1),
поэтому частичные суммы растут как ln⁡ln⁡N\ln\ln NlnlnN и стремятся к бесконечности очень медленно. Это и есть «пограничный» случай: при любом p>1p>1p>1 добавочный фактор (ln⁡n)p(\ln n)^p(lnn)p достаточно силён, чтобы обеспечить сходимость; при p=1p=1p=1 — нет.
23 Апр в 16:08
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