Ряды с положительными членами.
Рассмотрим числовой ряд ,
где для такого ряда
. Значит, последовательность частичных сумм возрастает.
Из теоремы о пределе монотонной последовательности можно сформулировать условие сходимости ряда с положительными членами.
Ряд с положительными членами всегда имеет сумму и эта сумма конечна, а ряд будет сходящимся, если частичные суммы ряда ограничены сверху, и бесконечна, а ряд расходящимся в противном случае.
Теоремы сравнения положительных рядов.
Пусть даны два положительных ряда:
и .
Теорема 1.Если выполняется неравенство: , начиная с некоторого n, то из сходимости ряда второго (большего) ряда - следует сходимость первого (меньшего) ряда. А из расходимости ряда меньшего ряда следует расходимость ряда большего.
Доказательство:
Так как отбрасывание конечного числа начальных членов ряда не влияет на сходимость, можно считать, что
Для частичных сумм этих рядов выполняется
Пусть ряд сходится, тогда
и тем более
значит ряд
- сходится.
Пусть расходится, тогда
, значит
и ряд
расходится.
Теорема 2. Если существует конечный предел отношения общих членов двух рядов ,
, то оба ряда сходятся или расходятся одновременно.
Примеры. Исследуйте на сходимость следующие ряды
1) сравним члены этого ряда с членами расходящегося гармонического ряда
, так как
, исследуемый ряд расходится.
2) Ряд сходится по теореме сравнения, так как предел отношения общего члена данного ряда к общему члену сходящегося (доказанный ранее) ряда
есть
, постоянное число.
3)Сравним этот ряд с рядом
, который представляет собой бесконечно убывающую геометрическую прогрессию со знаменателем
, следовательно, сходится.
Так как исследуемый ряд сходится.
4) Ряд сравним с рядом
, который является расходящимся рядом.
с учетом того, что
.
Приведем полученные о сходимости некоторых рядов, которые могут быть использованы для сравнения:
1.
2.
3.
4.
Достаточные признаки сходимости числовых рядов с положительными членами.
Признак Даламбера.
Теорема. Рассмотрим ряд с положительными членами и предел отношения последующего члена ряда к предыдущему.
1) Если 2) существует
, тогда
Доказательство:
то есть
.
Рассмотрим 3 случая:
1) Выберем
столь малым, чтобы значение
тогда, полагая
, при значении
имеем
для
.
и так далее.
Члены ряда меньше членов геометрической прогрессии:
Так как
, то ряд (2) сходится, значит, по теореме сравнения сходится и ряд (1).
2) Возьмем
столь малым, что
тогда при
члены ряда не
не выполняется необходимый признак сходимости
ряд расходится.
3) Покажем, что в этом случае ряд может как сходиться, так и расходиться.
1) гармонический ряд расходится, для него
2) Рассмотрим ряд
Для него Сравним члены исследуемого ряда со сходящимся рядом
(доказано ранее).
Значит, сходится.