serii-teorie
TRANSCRIPT
24. Spnrr DE NUMERE REALE
24.1. Notiuni de teorie
1) Definifii qi proprietifi generale
Fie girul de numere reale (a,, ),,,0 cdruia ii asociem un alt gir
(s" , l , , ro cu s0 = l l0. s l =uo+ut, . , J, =u0+ut +. . .+a,, . . . , numrt
Sirul sumelor paryiale.Definitie. Se numegte serre de termen general u,, perechea de
. / \ / \ - \ -$trun (u, , / ,>0. (s, , r , ,>0 $l senoleaza Lu,, sau uo+ut+u2+.. .+u,,+. . . .,>o
Scna Z,, se nume$te convergentd dacd girul sumelorn>0
parliale (s,),,0 est€ convergent gi in acest caz s=lims,, se nume$te
+suma serrct. notancu-se s = Lu, .
Seriile care ,rr, .nnt'"oorr',r"arente se numesc divergente. Dacd
+ , - r / \rrm s,, = a@ aluncl punem Lu, = +@ , lar daca $trul (s, J,,0 nu are
.---"="limite atunci spunem cd )t,, este oscilantd.
,>0
Pin studiul naturii unei scrii se intelege precizarcaconvergentei respectiv divergenlei serici.
Proprietdli generale ale seriilorI . Natura unei serii nu se schimbl daod addugdm sau suprimim
un numir finit dc tcrmcni.2. Natura unei serii nu se modificd daci schimbdm ordinea unui
numdr finit de termeni.^
\ - \ -1t. Lr,, 9t LLu,, cu A e K au aceeagt natura.,>0 ,>O
,^-\-s ls- /+. uaca Lu,,, Lv,, sunl convergente, atuncl Z(a,, + yr ) cstc
n>0 ,20 , n>0
conversentd.
1 1 1 1 Probleme de analizl matematici
358 24. Serii de numere reale
5. Dacd )r, este convergentd, atunci lim a, = 0.,>0
6. Dacd (u"),ro nu are limitd sau limz, + 0 atunci lr, esten50
divergentd.Observatie. Dacd lima, = 0 nu rezulti nici convergenla dar
.<. inlcl dlvergenta senet Lur, .
x>0
2) Criterii de convergen{i pentru serii cu termeni'pozitivi
lr, ".t. "u termeni pozitivi dacd u,, > 0 (V)n > 0.
n>0
24. s
liml
lir.saslpoz-itivi fu,,, ) v" astfel incAt
,>0 ,>0
t 1, ' t fV\r>O- ' , - ' , r \ ' l ' - -
s1 \-a) Dacd )_v, este convergentd, atuncl Lu" esten>0 r>0
convergentA;- \ - 'b) Dacd /u,, este divergentd, atunci ) v, este divergentd.
,>0 t>0
2. Criteriul rdddcinii
Fie I r-r, o serie cu termeni pozitivi, aqa incdt existd,>0
1. C rite riu I c ompar aliei
Fie seriile cu termeni
so
Ir<li ='
es
tr
!
a) Daci /<1,atunci I r.r,,h>0
b) Daci i >l,atunci lr ,'|>0
este convsrgentA.
este divergentd.
I 1 I I Probleme de analizd matematici
ei::
I ;:-
3. Criteriul raportului
Fie lu,, o serie cu termeni pozitivi aqa incit existdr>0
limu,*, = I .
a) Dac6/ < 1 , atunci ) rz,, este convergentd.
b) Dacd / > 1 , atunci )u,, este divergentd.,>0
4, Criteriul Rsabe-Dulnmel
Fie seria cu termeui pozitivi lu,, pentru care existix>0
/ \. . l u, , , ll rmnl - - I l= L.,'-,- \ ,,+r .)
a) Dacd L> 1 , atunci lz,, este convergentd.n>0
b) Dacd I<1,atunci )u,, este divergentd.
Obscrvafie. folosind criteriul Raabe-Duhamel se aratd cd
seria armonici gener aliz'atd
F I =t+ I
* I+. . . . p.R-L nP 2p 3tr,> l "
cste convergentA pentru p>1 9i divergenti pentru p31 (a se vedea
problema 29).
3) Serii alternate
O serie alternatuT este de forma
>(- | I " u, , = r , - u, + Lt \ - u t+. . . +(- l ) " - r u, , +. . .
tr>l
i r care u, , >0, (V)n>1.
br i
-i.::
e-i:
ri
I:.a--
Criteriul lui Leibniz.
incdt u, , >u,, . , , (V)n >1 9i
: - r , - .x ]
L\-L) tlr este convergenta'r>l
- \ - / . ,n I
hlc sena al temata z(- l ) . l , , a$a,2I
1im r.r,, = 0 . Atunci seria altematd
n:: 1 I 1 1 Probleme de analizd matematicd
4) Serii absolut convcrgente
Defini$e. Seria 14 se nume$te absolut convergentd dacd,> l
sena modulelor termenilor ) 1,r,, j "st" "o.rlrogentI.a2l
Teoremi. Orice serie absolut convergente. este convergentd.Reciproca acestei teoreme nu este insd adevdratlSeriile care sunt convergente, fErd si fi" ubroiut
"orru"rg".rt"se numesc serz jconvergente.
Observafie. Dacd seria l]lr,l ""rin"a
condifia de divergenli, r>l
din criteriul rdddcinii sau criteriul raportului, atunci seriadivergentS.
5) Calculul aproximativ al sumelor unor scrii
l1l I Probleme de anairErnat"matG
lz, estex>l
Menfiondm mai intdi cdteva notiuni privind erorile in calcululnumenc.Fie / :DcR+R o funct ie dat6 qi re D f ixat . Dacd in
calculul valorii f(x) se inlocuie;te -r prin FeD\{xJ, atunci sespune cd' x a fost aproximat prin F gi se scrie x=i. Numdrul r senume$te aproximantd sau valosre aproximatd a lui x . Oe cele maimulte ori i_este rational cu un numir linit de zecimale.Diferenla _r - i se
"u,-"gt: eroare in aproximarea -t = .r $ise noteazd e"=x-i iarfe,l=fx_;l s" nrrmegte
"roo re absolutd.
Dacd r este un numdr irational, adicd de forma x = a,arar...in care ce Z iar ftecare taproximants i a rui .r ," ojo""lT,,l"".ji,*Til'i l.;ti;ft;ide zecimale, adicd i = a,aiar...a,,. Analogdacd .r este ratlonal cu unnumdr mare de zecimale sau o infinitate de zecimale (dar in acest cazperiodice).
Pin trunchiere intr_o formuli de calcul se inlelege neglijareaunei pdrti finite sau infinite care compune fbrmula.Si presupunem cI, aplicdnd unul din criterii, s_a stabilitconvergenla seriei I r,t" , dar nu este posibil sd_i determin[m suma s.
^ ,>tIn acest caz trebuie sd ne multumim cu o valoare aproxrmativd asnmer s gt anume cu o sumi. parliald s, = ut + u2+... + 2,, oblinuti
24
pri
em
di!
cucq
s:
val
Err
s:
s:
ap
c2
trtirq
h
l ;
aii
I
3
E
i
I
o
-I
a
I
I
pr in t runchiere. NotAnd R^=u,*t+un*2+" ' avem s=s,, +R, $i
eroarea absolutd frcutd in aproximarea s = s,, este
l"-",,1=lt,lDe asemenea, o altl eroare in gdsirea sumei ' mai provine qi
din calculul aproximativ al termenilor ut,u1, .., Lt,, '
1. Calculul aproxinativ al sumelor seriilor alternate
Fies-, . , , I r , t ' l ,
) ( - i I t t t ,=t l t - I ' tz+u\-ut+ +(-1, uut" '
cu u,-"0, , , ,>0, u, ,>u,,*r , (V)n >1, adicd o ser ie al ternatd
convergentd in baza criteriului lui Leibniz Existd in acest caz
s = lims,, carc insd nu poate fi determinal pcnlru orice scric'
Eroarea absolutd in aproximarea s = s,, cste mai micd dccit
valoarea absolutd a primului termen neglijat, adic[
l " - ' , ,1<, , , ' ' (v)r > IEroarea este prin lipsd dacd n este par 9i prin adaos dacd n estc tmpar'
2, Aproximarea sumei seriilor cu termeni pozitivi
Dacd 14 este o seria cu temeni pozitivi convergentd qi,>0
s=l ims. =Ir . , , atunci s, , <s (V)r20 qi eroarea in aproximarea
- 's = s.,
"rt" " -
",, = 4, . Rezulte ci problema calculdrii valorii
aproxirnative a lui s revine la majorarea rcstului R, printr-o sene a
cdrei sumi o Putern calcula.in anumite situalii majorarea restului R, se poate face intr-o
manierd standard, utilizdnd criteriul rdddcinii respectiv criteriul
raportului.
a) Majorarea restului folosind criteriul ridicinii
Fie 1", o serie cu termeni pozitivi astfel incitr>0
lim tli =1 <1, adicd serie convergentd. Atunci oricate ar fi ke (/,1),
1 1 I 1 Problerne de analizd matematicd
362__ 24. Serii de numere reale
existd no e N astfel incdt d4 <k, (V)n>no.Dac6. n2no, atunci avem
R, = u,,u + u.*r + ...1 k,*t + k'*t + ...,adicd
*,=+,(v)n>no.
b) Majorarea restului folosind criteriul raportului
Fie lu,, o serie cu termeni pozitivi astfel incdt,>0
,l*; = t . I , adicd serie convergenti. Atunci oricare ar fi k e (t,l)
existd noeN astfel furci1 u! !L3l{ ,
(V)n|no, adicd u, ,* ,<ku,,
(Y)n > no. Deci pentru n ) no obtinem
R,, = u,*, + uh+2 + ...3 u,(k + k2 + ...)
R,<",* , (v)n>-no.
adica
1111 Probleme de anal6atematicE