MathClario
← العودة إلى التحضيري
التحضيري∫التحليل●●●●○· 6 د
♾️

لماذا تتباعد السلسلة التوافقية (وليس $\sum 1/n^2$)

$\sum 1/n$ تتباعد، بينما $\sum 1/n^2$ تتقارب. برهان أنيق بالتجميع، بالإضافة إلى معيار ريمان.

النظرية

  • ∑n=1∞1n\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \dfrac{1}{n} تتباعد. (السلسلة التوافقية)
  • ∑n=1∞1nα\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \dfrac{1}{n^\alpha} تتقارب إذا وفقط إذا α>1\alpha > 1. (سلاسل ريمان)

برهان أنيق بالتجميع (أورسم، 1350)

جمِّع الحدود في حزم بأحجام 1,2,4,8,…1, 2, 4, 8, \dots:

1+12+(13+14)⏟>2×1/4=1/2+(15+⋯+18)⏟>4×1/8=1/2+…1 + \dfrac{1}{2} + \underbrace{\left(\dfrac{1}{3} + \dfrac{1}{4}\right)}_{> 2 \times 1/4 = 1/2} + \underbrace{\left(\dfrac{1}{5} + \dots + \dfrac{1}{8}\right)}_{> 4 \times 1/8 = 1/2} + \dots

كل حزمة تُساوي أكثر من 1/21/2 تمامًا. بما أن عدد الحزم غير منتهٍ، المجموع لا نهائي.

لماذا ∑1/n2\sum 1/n^2 تتقارب

تفكيك بالتلسكوب: 1n2<1n(n−1)=1n−1−1n\dfrac{1}{n^2} < \dfrac{1}{n(n-1)} = \dfrac{1}{n-1} - \dfrac{1}{n}.

بالجمع، كل شيء يتلسكب والمجموع محدود بـ 2. في الواقع، ∑1n2=π26\displaystyle \sum \dfrac{1}{n^2} = \dfrac{\pi^2}{6} (أويلر، 1735).

قاعدة معيار ريمان

1nα\dfrac{1}{n^\alpha} تتقارب إذا القوة تتجاوز 1. تطبيقات:

  • ∑1/n=∑1/n1/2\sum 1/\sqrt{n} = \sum 1/n^{1/2} ← تتباعد (1/2<11/2 < 1)
  • ∑1/n3\sum 1/n^3 ← تتقارب
  • ∑1/(nln⁡n)\sum 1/(n \ln n) ← تتباعد (مقارنة تكاملية)

مقارنات مفيدة

  • إذا كان ∣un∣≤vn|u_n| \leq v_n و∑vn\sum v_n تتقارب، فإن ∑un\sum u_n تتقارب.
  • إذا كان un∼vnu_n \sim v_n في اللانهاية (نفس الإشارات)، ∑un\sum u_n و∑vn\sum v_n لهما نفس الطبيعة.
?دورك الآن

أيّ من هذه السلاسل تتقارب؟

اختبار قصير

السؤال 1 / 3

المتسلسلة التوافقية Σ 1/n:

#سلسلة#توافقية#ريمان#تقارب#تحضيري

قد يعجبك أيضًا