قاعده ادغام در سری

آخرین ویرایش: 14 مهر 1404
دسته‌بندی: سری های ریاضی
امتیاز:

قضیه

قاعده ادغام در سری (قاعده تلسکوپی)

اگر f تابعی بر مجموعه اعداد طبیعی باشد، داریم:

∑k=1nfk−fk+1=f1−fn+1

اثبات

Sn=∑k=1nfk−fk+1

⇒Sn=f1−f2+f2−f3+f3−f4+...+fn−fn+1

⇒Sn=f1−fn+1

رابطه فوق، قاعده مهمی است که در تعیین همگرایی بعضی از سری ها به کار می‌رود.

تذکر

S=limn→+∞Sn=limn→+∞f1−fn+1=f1−limn→+∞fn+1

تمرین

با استفاده از قاعده ادغام، همگرایی سری زیر را بررسی کنید.

∑k=1n14k−14k+1

یادآوری می‌کنیم که:


∑k=1nfk−fk+1=f1−fn+1


بنابه قاعده ادغام با فرض زیر داریم:

fk=14k


Sn=∑k=1n14k−14k+1

⇒Sn=f1−fn+1    ;    fk=14k

⇒Sn=14−14n+1

⇒limn→+∞Sn=limn→+∞14−14n+1

⇒limn→+∞Sn=14−1∞


⇒limn→+∞Sn=14−0⇒limn→+∞Sn=14⇒S=14


اين سری به عدد 14 همگراست.

∑n=1∞1n+2n+3

ابتدا کسر را به حاصل جمع دو کسر ساده‌تر تجزيه می‌کنيم:

1n+2n+3=An+2+Bn+3

⇒1n+2n+3=An+3+Bn+2n+2n+3


⇒1n+2n+3=A+Bn+3A+2Bn+2n+3   ; A+B=03A+2B=1  A=1B=−1


⇒1n+2n+3=1n+2−1n+3


⇒∑k=1∞1n+2n+3=∑n=1∞1n+2−1n+3


⇒S=∑k=1+∞f1n−f1n+1    ;    1

⇒S=f1−limn→+∞fn+1


⇒S=13−limn→+∞1n+3⇒S=13


1: بنا به قاعده ادغام و با فرض زیر، داریم:

fn=1n+2


S=∑n=1+∞fn−fn+1=f1−limn→+∞fn+1


اين سری به عدد 13 همگراست. 

∑n=1∞logn2+2nn+12

logn2+2nn+12=lognn+2n+12

⇒logn2+2nn+12=lognn+1×n+2n+1


⇒logn2+2nn+12=lognn+1+logn+2n+1

⇒logn2+2nn+12=lognn+1−logn+1n+2


⇒∑n=1+∞logn2+2nn+12=∑k=1+∞lognn+1−logn+1n+2


⇒S=∑k=1+∞f1n−f1n+1    ;    1

⇒S=f1−limn→+∞fn+1


⇒S=log12−limn→+∞logn+1n+2⇒S=log12−log1⇒S=log12


1: بنا به قاعده ادغام و با فرض fn=lognn+1 می‌توان نوشت:

S=∑n=1+∞fn−fn+1=f1−limn→+∞fn+1


اين سری به عدد log12 همگراست. 

∑k=1∞1kk+2

ابتدا کسر را به حاصل جمع دو کسر ساده ‌تر تجزيه می‌کنيم:

1kk+2=Ak+Bk+2⇒1kk+2=Ak+2+Bkkk+2


⇒1kk+2=kA+B+2Akk+2  ;   A=12B=−12


⇒1kk+2= 12k+ −12k+2


⇒1kk+2=121k−1k+2

⇒∑k=1+∞1kk+2=12∑k=1+∞1k−1k+2


⇒∑k=1+∞1kk+2=12∑k=1+∞1k−1k+1+1k+1−1k+2


⇒∑k=1+∞1kk+2=12∑k=1+∞1k−1k+1+12∑k=1n1k+1−1k+2


⇒∑k=1+∞1kk+2=12∑k=1+∞f1k−f1k+1+12∑k=1+∞f2k−f2k+1     ;    Ι


⇒S=12f11−limk→+∞f1k+1+12f21−limk→+∞f2k+1


⇒S=121−limk→+∞1k+1+1212−limk→+∞1k+2


⇒S=121−0+1212−0⇒S=34


این سری به عدد فوق همگرا است.


: Ι بنا به قاعده ادغام و با فرض زیر داریم:


f1k=1k  ,  f2k=1k+1


S=∑n=1+∞fn−fn+1=f1−limn→+∞fn+1

∑k=1+∞2k+4k+6

ابتدا کسر را به حاصل جمع دو کسر ساده ‌تر تجزيه می‌کنيم:


2k+4k+6=Ak+4+Bk+6

⇒2k+4k+6=Ak+6+Bk+4k+4k+6


⇒2k+4k+6=A+BK+6A+4Bk+4k+6    ;   A+B=06A+4B=2A=1B=−1


⇒2k+4k+6=1k+4−1k+6


⇒∑k=1+∞2k+4k+6=∑k=1+∞1k+4−1k+6


⇒∑k=1+∞2k+4k+6=∑k=1+∞1k+4−1k+5+1k+5−1k+6


⇒∑k=1+∞2k+4k+6=∑k=1+∞1k+4−1k+5+∑k=1+∞1k+5−1k+6   ;   Ι


⇒S=f11−limk→+∞f1k+1+f21−limn→+∞f2k+1


⇒S=15−limk→+∞1k+5+16−limk→+∞1k+6


⇒S=15+16⇒S=1130


این سری به عدد فوق همگرا است.


: Ι بنا به قاعده ادغام و با فرض زیر داریم:


f1k=1k+4  ,  f2k=1k+5


S=∑n=1+∞fn−fn+1=f1−limn→+∞fn+1

∑k=1∞1kk+3

ابتدا کسر را به حاصل جمع دو کسر ساده ‌تر تجزيه می‌کنيم:


1kk+3=Ak+Bk+3

⇒1kk+3= 13k+ −13k+3    ;    A=13B=−13

⇒1kk+3=131k−1k+3


⇒∑k=1+∞1kk+3=13∑k=1+∞1k−1k+3


⇒∑k=1+∞1kk+3=13∑k=1+∞1k−1k+1+1k+1−1k+2+1k+2−1k+3


⇒∑k=1+∞1kk+3=13∑k=1+∞1k−1k+1+∑k=1+∞1k+1−1k+2+∑k=1+∞1k+2−1k+3    ;    Ι


⇒S=13f11−limk→+∞f1k+1+13f21−limn→+∞f2k+1+13f31−limn→+∞f3k+1


⇒S=131−limk→+∞1k+1+12−limk→+∞1k+2+13−limk→+∞1k+3


⇒S=131+12+13⇒S=1118


این سری به عدد فوق همگرا است.


: Ι بنا به قاعده ادغام و با فرض زیر داریم:


f1k=1k  ,  f2k=1k+1  ,  f3k=1k+2


S=∑n=1+∞fn−fn+1=f1−limn→+∞fn+1

∑k=1+∞ sin1k+1k+2 cos1k+1.cos1k+2

ابتدا کسر را به حاصل جمع دو کسر ساده ‌تر تجزيه می‌کنيم:


1k+1k+2=1k+1−1k+2


⇒sin1k+1k+2=sin1k+1−1k+2


⇒sin1k+1k+2=sin1k+1.cos1k+2−cos1k+1.sin1k+2


⇒ sin1k+1k+2 cos1k+1.cos1k+2= sin1k+1.cos1k+2−cos1k+1.sin1k+2 cos1k+1.cos1k+2


⇒∑k=1+∞ sin1k+1k+2 cos1k+1.cos1k+2=∑k=1+∞ sin1k+1.cos1k+2−cos1k+1.sin1k+2 cos1k+1.cos1k+2


⇒∑k=1+∞ sin1k+1k+2 cos1k+1.cos1k+2=∑k=1+∞tan1k+1−tan1k+2    ;    Ι


⇒S=f1−limk→+∞fk+1⇒S=tan12−limk→+∞tan1k+2


⇒S=tan12−tan0⇒S=tan12


این سری به عدد فوق همگرا است.


: Ι بنا به قاعده ادغام و با فرض زیر داریم:


fk=1k+1


S=∑n=1+∞fn−fn+1=f1−limn→+∞fn+1


یادآوری)

sina−b=sina.cosb−cosa.sinb

∑k=1n14k2−1

ابتدا کسر را به حاصل جمع دو کسر ساده ‌تر تجزيه می‌کنيم:


14k2−1=12k−12k+1


⇒14k2−1=A2k−1+B2k+1    ;    A=12B=−12


⇒14k2−1=1212k−1−12k+1


⇒∑k=1n14k2−1=12∑k=1n12k−1−12k+1    ;    fk=12k−1


⇒S=12f1−limn→+∞fn+1


⇒S=12121−1−limn→+∞12n+1−1


⇒S=121−0⇒S=12

∑n=1∞1n+1+n

=∑n=1∞1n+1+n×n+1−nn+1−n


=∑n=1∞n+1−n=−∑n=1∞n−n+1


=−f1−limn→+∞fn+1=−1−limn→+∞n+1

=−1+limn→+∞n+1    ;    n→+∞

=+∞

∑n=1∞Lnnn+1

=∑n=1+∞Lnn−Lnn+1    ;    fn=Lnn


=f1−limn→+∞fn+1=Ln1−limn→+∞Lnn+1


=−limn→+∞Lnn+1=0−+∞=−∞


سری فوق واگرا است.

∑n=1∞55n+25n+7

=∑n=1+∞15n+2−15n+7    ;    fn=15n+2


=f1−limn→+∞fn+1=17−limn→+∞15n+7=17

∑i=1n2i+1i2i+12

=∑i=1ni+12−i2i2i+12

=∑i=1n1i2−1i+12    ;    fi=1i2


=f1−fn+1=1−1n+12

∑k=1∞2k+3k2+2kk2+4k+3

=∑k=1+∞2k+3k+12−1k+22−1


=∑k=1+∞1k+12−1−1k+22−1    ;    fk=1k+12−1


=f1−limn→+∞fk+1=13−limn→+∞1k+22−1=13

12×5+15×8+18×11+...

=∑n=1+∞13n−13n+2

=∑n=1+∞133n−1−133n+2


=13∑n=1+∞13n−1−13n+2     ;    fn=13n−1


=13f1−limn→+∞fn+1=1312−limn→+∞13n+2=16

11+2+11+2+3+...+11+2+...+n+...

=222+1+233+1+244+1+...+2nn+1+...


=∑n=2+∞2nn+1=2∑n=2∞1nn+1

=2∑n=2∞1n−1n+1    ;    fn=1n

=2f2−limn→+∞fn+1


=212−limn→+∞1n+1=1

∑k=2∞log1−1k2

=∑k=2+∞logk2−1k2=∑k=2+∞logk−1k.k+1k


=∑k=2+∞logk−1k+∑k=2+∞logk+1k


=∑k=2+∞logk−1−logk+∑k=2+∞logk+1−logk


=∑k=2+∞logk−1−logk−∑k=2+∞logk−logk+1    ;    f1k=logk−1f2k=logk


=f12−limk→+∞f1k+1−f22−limk→+∞f2k+1


=log1−limk→+∞logk−log2−limk→+∞log2k+1


=−limk→+∞logk−log2+limk→+∞log2k+1


=−log2+limk→+∞log2k+1−limk→+∞logk


=−log2+limk→+∞logk+1k=−log2+limk→+∞log1


=−log2+0=−log2

∑n=1∞n−1n!

∑n=1∞n−1n!


=∑n=1∞1n−1!−1n!   ;    fn=1n−1!


=f1−limn→+∞fn+1=10!−limn→+∞1n!


=11−0=1

دریافت مثال

نکته

همگرایی سری ∑k=1∞1kk+m را بررسی و فرمول کلی برای یافتن عدد همگرا تعیین می‌کنیم.

1kk+m=Ak+Bk+m

⇒1kk+m=1mk+−1mk+m   ;   A=1mB=−1m

⇒1kk+m=1m1k−1k+m

⇒∑k=1+∞1kk+m=∑k=1+∞1m1k−1k+m

⇒∑k=1+∞1kk+m=1m∑k=1+∞1k−1k+m

⇒S=1m∑k=1+∞1k−1k+1+1k+1−1k+2+...+1k+m−1−1k+m

⇒S=1m1−limn→+∞1k+1+12−limn→+∞1k+2+...+1m−limn→+∞1n+m

⇒S=1m1+12+13+...+1m

∑k=1∞1kk+m=1m1+12+13+...+1m

تمرین

همگرایی سری زیر را محاسبه کنید.

∑k=1∞1k2+3k

∑k=1∞1k2+3k=∑k=1∞1kk+3     ;    m=3

=131+12+13=136+3+26=1118

دریافت مثال

نکته

همگرایی سری ∑k=1∞1kk+1...k+m را بررسی و فرمول کلی برای یافتن عدد همگرا تعیین می‌کنیم.

1kk+1k+2...k+m=Akk+1...k+m−1+Bk+1k+2...k+m   ;  A=1mB=−1m

⇒1kk+1k+2...k+m=1m1kk+1...k+m−1−1k+1k+2...k+m

⇒∑k=1+∞1kk+1k+2...k+m=1m∑k=1+∞1kk+1...k+m−1−1k+1k+2...k+m

⇒S=1m∑k=1+∞fk−fk+1     ;    fk=1kk+1...k+m−1

⇒S=1mf1−limk→+∞fk+1

⇒S=1m11×2×3×...×m−limk→+∞1k+1k+2...k+m

⇒S=1m1m!−limk→+∞1k+1k+2...k+m

⇒S=1m1m!∑k=1∞1kk+1...k+m=1m.1m!

تمرین

همگرایی سری زیر را محاسبه کنید.

∑k=1∞1kk+1k+2k+3

∑k=1∞1kk+1k+2k+3=13.13!    ;    m=3


=13×16=118

دریافت مثال

خرید پاسخ‌ها

قاعده ادغام در سری

4,000تومان
خرید فایل PDF مثال ها و جواب ها

برای ارسال نظر وارد سایت شوید