CAPÍTULO V. SUCESIONES Y SERIES

(Apuntes en revisión para orientar el aprendizaje) CAPÍTULO V. SUCESIONES Y SERIES DEFINICIÓN. Una sucesión infinita, o simplemente sucesión, es una

42 downloads 35 Views 95KB Size

Recommend Stories


Sucesiones y series numéricas
TEMA 6 Sucesiones y series num´ ericas Objetivos: Los objetivos son: (1) estudiar la convergencia de las sucesiones num´ericas, (2) Conocer las ser

Teoría: Sucesiones y Series SUCESIONES EN R
Ingeniería de Telecomunicación Teoría: Sucesiones y Series Fundamentos Matemáticos I SUCESIONES EN  Prerrequisitos: − Desigualdades de números

Práctica 1.- Sucesiones y series
Práctica 1.- Sucesiones y series El programa Mathematica nos sirve de ayuda para estudiar el comportamiento de sucesiones y series de números reales,

Unidad 3 SUCESIONES Y SERIES
Unidad 3 • SUCESIONES Y SERIES INTRODUCCION Una sucesión es un conjunto ordenado de números formados de acuerdo con una ley. Cada número se llama t

MATEMÁTICAS I SUCESIONES Y SERIES
MATEMÁTICAS I SUCESIONES Y SERIES 1. Sucesiones En casi cualquier situación de la vida real es muy frecuente encontrar magnitudes que varían cada ci

Story Transcript

(Apuntes en revisión para orientar el aprendizaje)

CAPÍTULO V. SUCESIONES Y SERIES DEFINICIÓN. Una sucesión infinita, o simplemente sucesión, es una función cuyo dominio está constituido por el conjunto de los números naturales y cuyo recorrido, que es un subconjunto de los números reales, se expresa en un listado como sigue: f (1) , f ( 2 ) , f ( 3 ) ,..., f ( n) ,... Como variable independiente se acostumbra usar la letra " n " para indicar que, a diferencia de las funciones cuyos dominios son denotados con las últimas letras del abecedario y que consideran valores reales, en las sucesiones el dominio son los números naturales. Al enésimo término de la Sucesión f ( n) también se le identifica con a ( n) , con an o bien con

{an} .

Ejemplo. Dar los primeros cinco términos y el término enésimo de las siguientes Sucesiones Infinitas: n+1 1 i) a ( n) = n + 1 ; ii) an = ( −1) n +1 n2 n ; iv) {5} iii) bn = ( −1) 2n + 1

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

2

REPRESENTACIÓN GRÁFICA Como las funciones, las sucesiones también se pueden graficar, correspondiendo sus valores funcionales a cada uno de los números naturales sustituido en su regla de correspondencia. LÍMITE DE UNA SUCESIÓN Teorema. Sea una sucesión {an} . Se dice entonces que tiene límite, denotado como L y expresado como lim a n = L n→ ∞

si para toda ε > 0 y tan pequeña como se desee, existe un número entero N tal que an − L < ε siempre que n> N Si existe el límite, entonces la sucesión es convergente y en caso contrario se llama divergente. Representación geométrica: y

( n, an )

L

y = L−ε

( 2, a2 ) ( 3, a3 ) (1, a1 ) 1

2

3

y = L+ε

"

N

n

x

Los límites de las sucesiones infinitas también cumplen las propiedades de los límites de las funciones. Además es importante hacer ver que como los términos de la sucesión son valores funcionales, al estudiar su convergencia o divergencia se puede aplicar la Regla de L’Hopital. Al respecto, resulta conveniente enunciar aquí el teorema correspondiente a esta regla para poder contar con una herramienta valiosa en el Cálculo del límite de una sucesión. ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

3

Teorema. Regla de L’hopital. Supónganse las funciones f y g diferenciables en cada punto de un intervalo abierto ( a, b) que contiene al valor " c " excepto

posiblemente en este valor; y sea g ' ( x ) ≠ 0 para toda x ≠ c en el intervalo. Sea también L que denota tanto un valor f ( x) real o bien +∞ o −∞ , y supóngase que es una forma g( x) indeterminada en lim x →c

f ( x)

g( x)

" c " . Luego, si

lim x →c

f '( x )

g '( x )

=L

entonces

=L

De acuerdo con este teorema, el límite del cociente de dos funciones es igual al límite del cociente de sus derivadas. Y si al derivar numerador y denominador de la expresión original se vuelve a presentar una indeterminación de las formas 0 ∞ ó , se repite nuevamente la Regla hasta que el 0 ∞ resultado está determinado o no existe el límite. Ejemplo. Calcular el valor numérico de los límites de las siguientes sucesiones y determinar con ello su naturaleza (utilizar la Regla de L’Hopital cuando se considere necesario o para verificar el resultado e ilustrar la técnica). ⎧ 2n3 + 5n2 − 4n − 3 ⎫ ⎧ n 2⎫ n3 ⎫ ⎧ 2 i) ⎨ 3 ⎬ ; ii) ⎨ n sen 2 ⎬ ; iii) ⎨( −1) ⎬ 2 + − + n n 10 n 8 n ⎭ 1+ n2 ⎭ ⎩ ⎩ ⎭ ⎩

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

4

En ocasiones el límite resulta difícil y entonces es conveniente utilizar la propiedad del “emparedado”, teorema cuyo enunciado es el siguiente: Teorema. Sean las sucesiones definidas por

{an} , {bn} y {cn} ,

para las cuales se cumple que an ≤ bn ≤ cn se sabe que lim an = L = lim cn . Entonces

∀n y además,

n→∞

n→∞

lim bn = L n→∞

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

5

⎧ cos n ⎫ Ejemplo. Calcular el límite de la sucesión ⎨ ⎬. ⎩ n ⎭

Teorema. Sea una sucesión cuyo término enésimo es Entonces: i) lim r n = 0 si r < 1

rn.

n→∞

ii) lim r n → ∞ n→∞

si

r >1

Ejemplo. Calcular el límite de las sucesiones: ⎧⎪⎛ 1 ⎞ n ⎫⎪ n i) ⎨⎜ − ⎟ ⎬ ; ii) (1.02 ) ⎪⎩⎝ 2 ⎠ ⎪⎭

{

}

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

Teorema. Si para una sucesión entonces

{bn} se tiene que

6

lim bn = 0 , n→∞

lim bn = 0 n→∞

Ejemplo. Verificar que lim an = 0 para: n→∞

an = ( −1)

n+1

⎛ 1⎞ ⎜ n⎟ ⎝ ⎠

Definición. Sucesión monótona Una sucesión es monótona creciente si sus términos consecutivos no decrecen y es monótona decreciente si sus términos sucesivos no crecen. Definición. Sucesión acotada Se dice que una sucesión es acotada si existe un valor real positivo " C " tal que: an ≤ C ∀n Teorema. Si se tiene una sucesión monótona (creciente o decreciente) y está acotada, entonces tiene límite, por lo que es convergente. ⎧ 1⎫ Ejemplo. La sucesión ⎨ ⎬ es acotada y es monótona ⎩ n⎭ decreciente, por lo que es convergente y su límite es: 1 1 lim = = 0 n→∞ n ∞

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

7

SERIES INFINITAS. TELESCÓPICAS Y GEOMÉTRICAS DEFINICIÓN. Considérese la sucesión {an} y súmense ahora sus términos. A la expresión obtenida que es: a1 + a2 + a3 + " + an + " se le llama “serie infinita” o simplemente “serie” y se denota con ∞

∑a n =1

n

Como se trata de un número infinito de sumandos, es necesario definir lo que se entiende por “suma infinita” y para ello es conveniente formar una sucesión con las sumas parciales de los términos de las series, que se expresa como: S1, S2 , S3 ,..., S n ,...

en donde

S1 = a1 S2 = a1 + a2 S3 = a1 + a2 + a3 # Sn = a1 + a2 + a3 + " + an #

DEFINICIÓN. Considérese la serie infinita n= ∞

∑a n =1

n

= a1 + a2 + a3 + " + an + "

y sea la sucesión de sus sumas parciales S1, S 2 , S 3 ,..., S n ,... Entonces la serie dada es convergente si el límite de su suma parcial enésima existe, es decir, si lim Sn = S ; S ∈ \ n→ ∞

y el valor numérico " S " del límite equivale a la “suma finita” de la “serie infinita”. En el caso de que el límite no existe, se dice que la serie es divergente. ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

8

Si fuera posible siempre determinar el límite de la suma parcial enésima, todo se concretaría a calcularlo y así determinar su naturaleza. Pero en la mayoría de los casos es complicado. Ejemplo. Sea la serie infinita



∑ n = 1+ 2 + 3 + " + n + " n =1

Algunas de sus sumas parciales, incluyendo la suma parcial enésima, que recuerda al “príncipe de las matemáticas” Gauss, por la anécdota que de él se cuenta al respecto, son: S1 = 1 S2 = 1+ 2 = 3 S3 = 1+ 2 + 3 = 6 # Sn =

n ( n + 1)

2 Se obtiene el límite de la suma parcial enésima y se ve que: n ( n + 1) lim → ∞ por lo que la serie es divergente. n→ ∞ 2 ∞ 1 . Si se Ejemplo. (Serie telescópica). Sea la serie ∑ n =1 n ( n + 1)

escriben algunos de sus sumandos y sus respectivas sumas parciales se obtiene lo siguiente: ∞ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = + + + + + + + + + +" ∑ 1 2 6 12 20 30 42 56 72 90 110 n n + ( ) n =1 1 S1 = = 0.5 2 1 1 S2 = +  0.666666666 2 6 1 1 1 S3 = + + = 0.75 2 6 12 1 1 1 1 S4 = + + + = 0.8 2 6 12 20 1 1 1 1 1 S5 = + + + +  0.833333333 2 6 12 20 30 ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

1 1 1 1 1 1 + + + + + = 0.857142857 2 6 12 20 30 42 1 1 1 1 1 1 1 S7 = + + + + + + = 0.875 2 6 12 20 30 42 56 1 1 1 1 1 1 1 1 S8 = + + + + + + + = 0.888888888 2 6 12 20 30 42 56 72 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S9 = + + + + + + + + = 0.9 2 6 12 20 30 42 56 72 90 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S10 = + + + + + + + + + = 0.909090909 2 6 12 20 30 42 56 72 90 110

9

S6 =

El término enésimo se puede escribir de la siguiente forma, al descomponerlo en dos fracciones racionales: 1 A B = + ⇒ 1 = An + A + Bn n ( n + 1) n n + 1 ⇒

0 = A+B 1= A ∴

A =1 B = −1 1 1 1 = − n ( n + 1) n n + 1 ⇒

y entonces, los términos de la serie se pueden escribir como sigue: ∞ ∞ 1 1 ⎞ ⎛1 = − ∑ ∑ ⎜ n + 1⎠⎟ n=1 n ( n + 1) n=1 ⎝ n

1 ⎞ ⎛1 1 ⎞ ⎛ 1 1 ⎞ ⎛ 1 1 ⎞ ⎛ 1 1 ⎞ ⎛ 1 1⎞ ⎛1 = ⎜ − ⎟ + ⎜ − ⎟ + ⎜ − ⎟ + ⎜ − ⎟ + ⎜ − ⎟ +"+ ⎜ − ⎟ +" + 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 n n 1 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Como se ve, todos los términos menos dos se cancelan y la suma parcial enésima queda como: 1 Sn = 1 − n+1 y el límite de esta suma parcial enésima es 1 ⎞ ⎛ lim Sn = lim ⎜ 1 − ⎟ =1 n→ ∞ n→ ∞ n + 1 ⎝ ⎠ luego esta serie, conocida como “telescópica”, es convergente y su límite es “uno”, que es el valor de su suma finita. ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

10

Ejemplo. (Serie telescópica). Analizar la serie infinita ∞ 1 ∑ 2 n =1 9 n − 3 n − 2

Serie Geométrica . Sea la serie infinita ∞

∑ ar

n

= a + ar + ar 2 + " + ar n −1 + "

n= 0

Cada término se obtiene al multiplicar el término inmediato anterior por un término conocido como la “razón” de la serie. ar 2 ar = =r ar a

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

11

Ejemplo. Supóngase que se tienen los siguientes términos de una serie y se pretende saber si se trata de una serie geométrica: 4 8 16 32 2, , , , 5 25 125 625 Solución Se divide cada término entre el anterior y, 4 8 16 5 = 2 ; 25 = 40 = 2 ; 125 = 400 = 2 4 8 2 5 100 5 1000 5 5 25 32 625 = 4000 = 2 16 10000 5 125 2 Luego se trata de una serie geométrica con r = y a=2 , 5 n ∞ ⎛2⎞ por lo que su término general es: ∑ 2 ⎜ ⎟ ⎝5⎠ n= 0 TEOREMA. La serie geométrica ∞

∑ ar

n

= a + ar + ar 2 + " + ar n−1 + "

n= 0

i)

Converge y su suma es S =

ii)

Diverge si

r ≥1

a 1− r

si r < 1

PRUEBA. Sea la suma parcial enésima Sn = a + ar + ar 2 + " + ar n−1 Si se multiplican los dos miembros por la razón " r " rSn = ar + ar 2 + ar 3 + " + ar n Si se restan ambas expresiones se tendrá: Sn − rSn = a + ar + ar 2 + " + ar n−1 − ar + ar 2 + ar 3 + " + ar n

(

(1− r ) Sn = a − ar n

) (



Sn =

)

a a n − r 1− r 1− r ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

12

Si se calcula el límite de la suma parcial enésima se llega a: a n⎞ ⎛ a S = lim Sn = lim ⎜ r − n→∞ n→∞ 1 − r 1− r ⎟⎠ ⎝ a a n a a r = = lim − lim − lim r n n→∞ 1− r n→∞ 1− r 1− r 1− r n→∞ De acuerdo con un teorema tratado en las Sucesiones, si a r < 1 entonces lim r n = 0 por lo que S = y la serie es n→∞ 1− r r ≥ 1 el límite no existe y la serie es convergente. Si divergente. Ejemplo. Dadas las siguientes series, determinar si son convergentes (dado el caso dar su suma) o divergentes: 8 16 32 2 2 2 2 i) 4 + + + + " ; ii) − + − +" 5 25 125 3 9 27 81 n − 1 n ∞ ∞ ∞ 5 8 n+1 ⎛3⎞ iii) ∑ 2 ⎜ ⎟ ; iv) ∑ n ; v) ∑ n n=1 ⎝ 4 ⎠ n= 0 8 n=1 3

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

13

Ejemplo. Expresar el decimal periódico 8.353535... como la razón de dos números enteros. Solución. 35 35 35 8.353535... = 8 + + + +" 100 100 2 100 3 2 ⎞ 35 ⎛ 1 ⎛ 1 ⎞ =8+ + + "⎟ ⎜ 1+ ⎟ 100 ⎜⎝ 100 ⎜⎝ 100 ⎟⎠ ⎠ 2

1 ⎛ 1 ⎞ La serie 1+ + + " es una serie geométrica con 100 ⎜⎝ 100 ⎟⎠ 1 a =1 y r = < 1 luego es convergente y su suma es 100 a 1 1 . Se sustituye este valor y se tiene: S= = = 1− r 1− 0.01 0.99 35 ⎛ 1 ⎞ 35 8.353535... = 8 + = 8 + 100 ⎜⎝ 0.99 ⎟⎠ 99 827 ∴ 8.353535... = 99 ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

14

CONDICIÓN NECESARIA PARA LA CONVERGENCIA TEOREMA.



∑a

Considérese la serie infinita

n=1

n

. Si ésta es

convergente, entonces se cumple que lim an = 0 . COROLARIO.

Sea la serie infinita

n→∞ ∞

∑a n=1

n

. Entonces, si

lim an ≠ 0 , la serie es divergente. n→∞

El corolario es más útil que el teorema mismo ya que implica que lo primero que se debe hacer al analizar una serie es obtener el límite del término enésimo y si resulta diferente de cero, se concluye que la serie es divergente. Ejemplo. Determinar el carácter de cada una de las siguientes series:

i)

n! ∑ n =1 3 n !+ 4 ∞

ii )



∑6 n= 0

n

iii )





3

n =1

n3 + 2 n2 + 1 8 n3 + 4

TEOREMA. El carácter convergente o divergente de una serie infinita no cambia si se suprime o se agrega un número finito de términos al principio de ésta. IGUALDAD DE SERIES.

Dos Series infinitas,



∑a n=1

n

y



∑b n=1

n

son iguales si sus respectivos términos son iguales, esto es, si se cumple que: ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

15 ∞

∑a

∑b

=

n

n =1



n =1

si

n

an = b n

n∈ N



SUMA DE SERIES. Para definir la suma de dos series infinitas, basta con sumar los términos enésimos, es decir, ∞

∑a n =1

n

+



∑b n =1

n

=



∑ (a n =1

n

+ bn )

TEOREMA. Sean dos series infinitas convergentes

i)



∑a n=1

con sumas A

y

B respectivamente. Entonces



∑b

y

n

n=1



∑ (a n=1

n

n

,

+ bn )

es convergente y su suma equivale a S = A + B Sean dos series infinitas, una

ii )



∑a n=1



∑b n=1

iii )

n

divergente. Entonces,

Sean



∑ (a n=1



∑a n=1

n

n

n

+ bn ) es divergente.

una serie infinita y





n=1

n=1

convergente y otra

c ∈ \ . Entonces el

producto de c∑ an = ∑ c an y si la serie es convergente con suma " A " , entonces la serie



∑c a n=1

n

es convergente y su

suma es S = c A

Ejemplo. Investigar la naturaleza de la siguiente serie y en caso de ser convergente, calcular su suma: ∞ ⎛ 7 10 ⎞ 4∑ ⎜ n−1 + ⎟⎟ ⎜ 1 n n + 4 ( ) n=1 ⎝ ⎠

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

16

SERIE ARMÓNICA. La serie



1

1

1

1

1

∑ n = 1+ 2 + 3 + 4 + " + n + "

se

n =1

conoce como la “serie armónica divergente”. Ahora se verá el por qué diverge. Se analizarán las sumas parciales en potencias de “dos”, es decir, S2 ; S4 ; S8 ; S16 ; S32 ; ... Entonces se ,puede escribir: 1 S2 = 1 + 2 1 ⎛ 1 1⎞ 1 ⎛ 1 1⎞ 2 S4 = 1 + + ⎜ + ⎟ > 1+ + ⎜ + ⎟ = 1+ 2 ⎝3 4⎠ 2 ⎝4 4⎠ 2 1 ⎛ 1 1⎞ ⎛ 1 1 1 1⎞ S8 = 1+ + ⎜ + ⎟ + ⎜ + + + ⎟ 2 ⎝3 4⎠ ⎝5 6 7 8⎠ 1 ⎛ 1 1⎞ ⎛ 1 1 1 1⎞ 3 > 1+ + ⎜ + ⎟ + ⎜ + + + ⎟ = 1+ 2 ⎝4 4⎠ ⎝8 8 8 8⎠ 2 1 ⎛ 1 1⎞ ⎛ 1 1 1 1⎞ S16 = 1+ + ⎜ + ⎟ + ⎜ + + + ⎟ 2 ⎝3 4⎠ ⎝5 6 7 8⎠

1 1 1 1 1 1⎞ ⎛1 1 +⎜ + + + + + + + > ⎟ ⎝ 9 10 11 12 13 14 15 16 ⎠ 1 ⎛ 1 1⎞ ⎛ 1 1 1 1⎞ > 1+ + ⎜ + ⎟ + ⎜ + + + ⎟ 2 ⎝4 4⎠ ⎝8 8 8 8⎠ 1 1 1 1 1 1 1⎞ 4 ⎛ 1 1 +⎜ + + + + + + + = + ⎟ 2 ⎝ 16 16 16 16 16 16 16 16 ⎠ ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

17

De la misma forma se tendría que: 5 6 7 n S32 > 1+ ; S64 > 1+ ; S128 > 1+ ; " ; S2 n > 1+ 2 2 2 2 n Si se calcula el límite de 1+ se obtiene que: 2 n⎞ ⎛ lim ⎜ 1 + ⎟ → ∞ n→ ∞ 2⎠ ⎝ Finalmente, lim S2 n → ∞ y por lo tanto la serie armónica es n→ ∞

divergente. SERIES INFINITAS DE TÉRMINOS POSITIVOS Si en una serie infinita



∑a n=1

n

todos sus términos son positivos,

entonces sus sumas parciales cumplen que S1 < S 2 < S 3 < " < S n < " Esta sucesión de sus sumas parciales es monótona creciente; luego se deduce que para que esta serie de términos positivos sea convergente, debe ser además acotada. En múltiples aplicaciones de las series infinitas, lo importante no es conocer su suma sino solamente saber si son convergentes o divergentes. Se verá la serie de gran utilidad conocida como serie " p " . Teorema (Serie " p " ). La serie infinita ∞ 1 1 1 1 1 = + + + " + + " , donde p ∈ \ : ∑ p p p p p 1 2 3 n n n =1 i) Si p > 1 es convergente. ii) Si p ≤ 1 es divergente. ∞ 1 iii) Si ∑ p = S , el resto RN = S − SN está acotado por n=1 n 1 0 < RN < p−1 N ( p − 1) ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

18

Ejemplo. Investigar la naturaleza de las siguientes series: ∞ ∞ 1 1 i) ∑ 3 ii ) ∑ 3 n n =1 n n =1

Ejemplo. Probar que la siguiente serie converge y estimar el resto tras cinco términos ∞ 1 ∑ 3 n =1 n Solución. Como p = 3 > 1 la serie converge. 1 1 1 R5 < p−1 = 2 = = 0.02 N ( p − 1) 5 ( 2 ) 50 Se deduce que la suma de la serie puede acotarse en la forma S5 < S < S5 + 0.02 Finalmente, como 1 1 1 1 1 S5 = 3 + 3 + 3 + 3 + 3 ≈ 1.186 1 2 3 4 5 Se concluye que 1.186 < S < 1.206 ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

19

TEOREMA. CRITERIO DE LA COMPARACIÓN Sean las dos series infinitas con términos ∞

∑a n=1

n

y



∑b n=1

n

positivos

. Entonces: ∞

∑b

i) Si 0 ≤ an ≤ bn y

n=1

n

es convergente,



∑a

también es

n

n=1

convergente y se dice que es dominada por la serie



∑b n=1

ii ) Si an ≥ bn y



∑b n=1

n

es divergente, la serie

divergente y se dice que domina a la serie



∑a

n

n=1 ∞

∑b n=1

n

n

.

también es

.

Ejemplo. Investigar si las siguientes series son convergentes o divergentes: ∞ ∞ 1 5 i) ∑ ii ; ) ∑ n n −1 n=1 1+ 3 n= 2

EJEMPLO. Determinar la naturaleza de la siguiente serie: ∞ 1+ 3 n ∑ n n=1 2 + 4 ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

20

TEOREMA. CRITERIO DEL LÍMITE DEL COCIENTE DE LA COMPARACIÓN Sean



∑a n=1

n

y



∑b

n

n=1

series de términos positivos y sea " L "

un valor real. Si se cumple que: a lim n = L > 0 n→∞ b n entonces las dos series son convergentes o las dos son divergentes. Ejemplo. infinitas: i)





n=1

Investigar la naturaleza de las siguientes series 1 5 4

3n + 6

;

ii)

1





n=1

3

n+7

;

iii)



n4 + 8n3 + 2n

∑2 n=1

n

(11n

4

+9

)

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

21

Ejemplo. Investigar si la siguiente serie es convergente o divergente:

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

22 1 4

n + 5n3 − 1





n=1

9 2

5 2

2 n − 3 n + 7n

1 2

SERIES ALTERNADAS Se conocen como series alternadas a aquellas cuyos términos cambian de signo de manera alternada, pudiendo ser la alternancia uno a uno o de manera irregular. Se denotan como: ∞

∑ ( −1) n=1

n−1

an = a1 − a2 + a3 − a4 + " + ( −1)

n−1

an + "

TEOREMA. CRITERIO DE LA SERIE ALTERNADA La serie alternada



∑ ( −1) n=1

n−1

an es convergente si cumple las

siguientes condiciones: i) lim an = 0 n→∞

ii) an+1 ≤ an para todo valor entero positivo " n " Nota. Otras formas alternativas equivalentes a la segunda condición son: - f ' ( x ) < 0 ∀ x, entero positivo ( decreciente ) ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

23

- an − an+1 ≥ 0 ∀ n, entero positivo a - n+1 ≤ 1 ∀ n, entero positivo an Ejemplo. Determinar la naturaleza de las siguientes series alternadas: ∞ ∞ ∞ n n−1 1 n−1 n + 5 n−1 i) ∑ ( −1) ; ii) ∑ ( −1) ; iii) ∑ ( −1) n n ( n + 1) 7n2 − 4 n=1 n=1 n=1

1 iv) ∑ ( −1) 1+ 2 − n n= 0 ∞

n

;

v)



∑ ( −1) n=1

n−1

5n 10n − 6

;

vi)



∑ ( −1) n=1

n+1

⎛ 1⎞ ⎜ n! ⎟ ⎝ ⎠

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

24

TEOREMA. ERROR ESTIMADO PARA UNA SERIE ALTERNADA CONVERGENTE La suma parcial Sn de una serie alternada convergente difiere de la suma S de la serie en un error estimado En menor al valor absoluto del término an+1 , esto es, ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

25

En < an+1 Ejemplo. Verificar que la siguiente serie alternada es convergente y calcular la suma " S " con una aproximación de cuatro cifras decimales. ∞ 1 n−1 ( −1) ∑ ( 2n − 1) ! n=1

ING. PABLO GARCÍA Y COLOMÉ

Get in touch

Social

© Copyright 2013 - 2024 MYDOKUMENT.COM - All rights reserved.