Дан ряд [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\dfrac{\cos n}{\sqrt[3]{n}}.[/tex]
Он не является знакочередующимся, поэтому признак Лейбница применить нельзя. Но есть более мощные признаки сходимости знакопеременных рядов. Мы применим признак Дирихле (признак Лейбница - это частный случай признака Дирихле).
ПРИЗНАК ДИРИХЛЕ.
Пусть нам дан ряд [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n\cdot c_n,[/tex] причем
1) частичные суммы ряда [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n[/tex] ограничены, то есть существует такое число K, что для любого натурального n выполнено
Тогда ряд [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n\cdot c_n[/tex] сходится.
В нашем случае [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n=\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n\cdot c_n,[/tex] где [tex]b_n=\cos n;\ c_n=\dfrac{1}{\sqrt[3]{n}}.[/tex]
То, что выполнены условия 2) и 3) сомнений нет (когда дают задачу на признак Дирихле или признак Абеля, аккуратно проверять такую ерунду не заставляют). Проверим первое условие. Надо сказать, данный ряд (с возможной заменой косинуса на синус и изменения степени n в знаменателе) изучают в любом продвинутом курсе математики. Применим следующий искусственный способ (придумать его самому, без подсказки, на мой взгляд затруднительно).
Рассмотрим произведение [tex]B_n\cdot \sin\frac{1}{2}.[/tex] Имеем:
Поэтому [tex]|B_n\cdxot\sin\frac{1}{2}|=\dfrac{|\sin\frac{2n+1}{2}-\sin\frac{1}{2}|}{2}\le\dfrac{ |\sin\frac{2n+1}{2}|+|\sin\frac{1}{2}|}{2}\le\dfrac{1+1}{2}=1,[/tex]
откуда [tex]|B_n|\le\dfrac{1}{\sin\frac{1}{2}}.[/tex]
Тем самым первое условие выполнено, а раз второе и третье условия очевидно также выполнены, сходимость исходного ряда доказана с помощью признака Дирихле.
Замечание. Поскольку в условии ничего не сказано про абсолютную и условную сходимость, считаю свое решение исчерпывающим.
Замечание. Ограниченность частичных сумм можно было бы доказать и другим способом (с использованием комплексных чисел), но я думаю, что и одного способа достаточно.
2 votes Thanks 1
yugolovin
Умножили Bn на sin 1/2, после чего воспользовались школьной формулой. sin xcos y=(1/2)(sin(x+y)+sin(x-y))
Answers & Comments
Verified answer
Ответ:
Сходится.
Объяснение:
Дан ряд [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\dfrac{\cos n}{\sqrt[3]{n}}.[/tex]
Он не является знакочередующимся, поэтому признак Лейбница применить нельзя. Но есть более мощные признаки сходимости знакопеременных рядов. Мы применим признак Дирихле (признак Лейбница - это частный случай признака Дирихле).
ПРИЗНАК ДИРИХЛЕ.
Пусть нам дан ряд [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n\cdot c_n,[/tex] причем
1) частичные суммы ряда [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n[/tex] ограничены, то есть существует такое число K, что для любого натурального n выполнено
[tex]|B_n|=|\sum\limits_{m=1}^{n}b_m|\le K;[/tex]
2) [tex]c_1\ge c_2\ge c_3\ge \ldots\ge c_n\ge\ldots;[/tex]
3) [tex]\lim\limits_{n\to\infty}c_n=0.[/tex]
Тогда ряд [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n\cdot c_n[/tex] сходится.
В нашем случае [tex]\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n=\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n\cdot c_n,[/tex] где [tex]b_n=\cos n;\ c_n=\dfrac{1}{\sqrt[3]{n}}.[/tex]
То, что выполнены условия 2) и 3) сомнений нет (когда дают задачу на признак Дирихле или признак Абеля, аккуратно проверять такую ерунду не заставляют). Проверим первое условие. Надо сказать, данный ряд (с возможной заменой косинуса на синус и изменения степени n в знаменателе) изучают в любом продвинутом курсе математики. Применим следующий искусственный способ (придумать его самому, без подсказки, на мой взгляд затруднительно).
Рассмотрим произведение [tex]B_n\cdot \sin\frac{1}{2}.[/tex] Имеем:
[tex]B_n\cdot \sin\frac{1}{2}=(\cos 1+\cos 2+\cos 3+\ldots +\cos n)\cdot \sin \frac{1}{2}=[/tex]
[tex]=\cos 1\cdot \sin\frac{1}{2}+\cos 2\cdot \sin\frac{1}{2}+\cos 3\cdot \sin\frac{1}{2}+\ldots+\cos n\cdot\sin\frac{1}{2}=[/tex]
[tex]=\frac{1}{2}(\sin(\frac{1}{2}+1)+\sin(\frac{1}{2}-1)+\sin(\frac{1}{2}+2)+\sin(\frac{1}{2}-2)+\ldots+\sin(\frac{1}{2}+n)+\sin(\frac{1}{2}-n))=[/tex]
[tex]=\frac{1}{2}(\sin\frac{3}{2}-\sin\frac{1}{2}+\sin \frac{5}{2}-\sin\frac{3}{2}+\sin\frac{7}{2}-\sin\frac{5}{2}+\ldots+\sin\frac{2n+1}{2}-\sin\frac{2n-1}{2})=[/tex]
[tex]=\dfrac{\sin\frac{2n+1}{2}-\sin\frac{1}{2}}{2}.[/tex]
Поэтому [tex]|B_n\cdxot\sin\frac{1}{2}|=\dfrac{|\sin\frac{2n+1}{2}-\sin\frac{1}{2}|}{2}\le\dfrac{ |\sin\frac{2n+1}{2}|+|\sin\frac{1}{2}|}{2}\le\dfrac{1+1}{2}=1,[/tex]
откуда [tex]|B_n|\le\dfrac{1}{\sin\frac{1}{2}}.[/tex]
Тем самым первое условие выполнено, а раз второе и третье условия очевидно также выполнены, сходимость исходного ряда доказана с помощью признака Дирихле.
Замечание. Поскольку в условии ничего не сказано про абсолютную и условную сходимость, считаю свое решение исчерпывающим.
Замечание. Ограниченность частичных сумм можно было бы доказать и другим способом (с использованием комплексных чисел), но я думаю, что и одного способа достаточно.