Перша ознака порівняння збіжності рядів в формі нерівностей

План

Лекція 29. Ряди з додатними членами

  1. Перша ознака порівняння збіжності рядів в формі нерівностей
  2. Перша ознака порівняння в граничній формі
  3. Друга ознака збіжності рядів
  4. Ознаки Коші та Даламбера збіжності рядів з додатними членами
  5. Інтегральна ознака Коші-Маклорена

 

Далі розглядаються ряди з додатними членами:

 

(1)

 

Нехай - послідовність зрізаних сум ряда . Оскільки (1) – це ряд з додатними членами, то послідовність є монотонно зростаюча, а тому вона буде збіжною тоді і тільки тоді, коли буде обмеженою зверху. З цього витікає

Теорема 1 (критерій збіжності рядів з додатними членами). Для того, щоб ряд (1) з додатними членами збігався, необхідно і достатньо, щоб послідовність зрізаних сум цього ряду була обмеженою зверху.

Теорема 2 (перша ознака порівняння в формі нерівностей). Нехай є два ряди (позначимо їх і ) з додатними членами:

 

, (5)

(7)

 

Якщо, починаючи з деякого номера для виконується нерівність:

 

(10)

то:

1) Із збіжності ряда випливає збіжність ряда ;

2) Із розбіжності ряда випливає розбіжність ряда .

Доказ. В умові теореми сказано, що нерівність (10) для елементів рядів і виконується, починаючи з деякого номера , але, враховуючи те, що збіжність (розбіжність) ряду залишається, якщо з нього усунути скінченну кількість елементів, можна вважати, що нерівність (10) виконується для .

Нехай - послідовність зрізаних сум ряда ; - послідовність зрізаних сум ряда .

1) Нехай ряд збігається. З попередньої теореми витікає, що тоді обмежена зверху, тобто існує така стала , що : . Враховуючи нерівність (10), маємо:

 

для ,

тобто послідовність зрізаних сум ряда також є обмеженою зверху, а тому ряд є збіжним.

2) Нехай ряд розбігається. Припустимо, що при цьому ряд є збіжним, тоді з доведеного в пункті 1) з цього припущення буде витікати, що - збіжний. Отримали суперечність, тому наше припущення є хибним, а ряд - розбіжним.

 

2.Перша ознака порівняння в граничній формі

Теорема 3 (перша ознака порівняння в граничній формі). Нехай є два ряди і з додатними членами. Нехай існує

(20)

 

тоді ряди і ведуть себе однаково, тобто чи одночасно збігаються, чи одночасно розбігаються.

Приклад. Дослідити на збіжність ряд .

Побудуємо послідовність зрізаних сум цього ряду:

 

.

 

Оскільки ,

 

то поданий ряд є розбіжним. Розбіжність цього ряду можна встановити ще одним способом, користуючись першою ознакою порівняння в граничній формі, що ми і зробимо. Ряд називається гармонічним рядом. Цей ряд є розбіжним (це буде доведено пізніше). Поданий ряд

.

 

Зберігаючи позначення, введені в теоремах 2,3:

 

;

.

 

Обчислимо

.

 

Таким чином, ряди і ведуть себе однаково, тобто розбігаються, оскільки про гармонічний ряд ми знаємо, що він розбіжний.