سری ریمانی

آخرین ویرایش: 05 اسفند 1402
دسته‌بندی: سری های ریاضی
امتیاز:

قضیه

سری ∑n=1∞1np با شرط p>0 به سری p معروف است. در این سری:  

اگر p>1 باشد، آن‌گاه سری همگراست.

اگر p≤1 باشد، آن‌گاه سری واگراست.

اثبات

اثبات به‌روش انتگرال

می‌خواهیم رفتار سری ∑n=1∞1np را تعیین کنیم. تابع f به معادله زیر را در نظر می‌گیریم: 

fx=1xp⇒f'x=−pxp+1<0    ;    x≥1

این تابع با شرط x≥1 نزولی و پیوسته است.

 ∫ 1 +∞1xpdx=limk→+∞∫ 1 k1xpdx=limk→+∞∫ 1 kx−pdx=limk→+∞x−p+1−p+1  k 1

=limk→+∞k−p+1−p+1−1−p+1−p+1

=limk→+∞1−p+1k−p+1−1

حالت اول) اگر p>1 باشد، آن‌گاه: 

p−1>0    ,    k−p+1=1kp−1

limk→+∞1−p+1k−p+1−1=limk→+∞1−p+11kp−1−1=11−p0−1=1p−1

اگر p>1 باشد، آن‌گاه سری ∑n=1∞1np همگراست.


حالت دوم)
اگر p≤1 باشد، آن‌گاه: 

در حالتی که p=1 باشد، آن‌گاه سری ∑n=1∞1np به سری همساز تبدیل شده و واگرا است.  

در حالتی که p<1 باشد:

p<1⇒−p+1>0if  k→+∞⇒k−p+1→+∞

limk→+∞1−p+1k−p+1−1=+∞

اثبات

اثبات به روش دسته‌بندی

برای p>1 سری ∑n=1∞1np همگراست: 

∑n=1∞1np=11p+12p+13p+14p+15p+16p+17p+18p+...+115p+....                          +12n−1p+...+12n−1p+....

∑n=1∞1np<11p+12p+12p+14p+14p+14p+14p+18p+...+18p+...                          +12n−1p+...+12n−1p+....

∑n=1∞1np<11p+22p+44p+88p+⋯+2n−12n−1p+⋯

⇒∑n=1∞1np<∑n=1∞2n−12n−1p⇒∑n=1∞1np<∑n=1∞22pn−1⇒∑n=1∞1np<∑n=1∞12p−1n−1

∑n=1∞12p−1n−1 یک سری هندسی با قدر نسبت r=12p−1 است

p>1⇒0<12p−1<1

بنابر آزمون مقایسه سری p همگرا است.

تمرین

همگرایی سری های زیر را بررسی کنید:

∑n=1∞1n5

fx=1x5⇒f'x=−5x6<0


با شرط x≥1 تابع f پیوسته مثبت و نزولی است:

∫1+∞1x5dx=limk→+∞∫1k1x5dx=limk→+∞∫1kx−5dx=limk→+∞−14x4 k 1=limk→+∞−14k4+14=0+14=14


سری فوق همگراست.

∑n=1∞1n5

fx=1x5⇒f'x=−15xx5<0


با شرط x≥1 تابع f پیوسته مثبت و نزولی است:

∫1+∞1x5dx=limk→+∞∫1k1x5dx=limk→+∞54x45 k 1⇒limk→+∞54k45−54=+∞


سری فوق واگراست.

∑n=1∞sinxnr ; x>0

sinxnr≤1nr⇒∑n=1∞sinxnr≤∑n=1∞1nr


اگر r>1 باشد، سری فوق همگراست.

برای ارسال نظر وارد سایت شوید