Для исследования на абсолютную сходимость ряда Рассмотрим ряд |(sin(nx))/x^3| = (|sin(nx)|)/x^3. Заметим, что |sin(nx)| <= 1 для любого n и любого x, поэтому (|sin(nx)|)/x^3 <= 1/x^3. Ряд ∑1/x^3 сходится абсолютно (это p-ряд с p=3>1), поэтому по признаку сравнения ряд ∑(sin(nx))/x^3 сходится.
Для исследования на условную сходимость ряда заметим, что sin(nx) меняет знаки при переходе через каждый π/n, то есть на интервалах [(k-1)π/n;kπ/n] для k=1,2,...,n. На каждом таком интервале sin(nx) сохраняет знак, поэтому можно считать, что все члены ряда имеют одинаковый знак. Проверим условия признака Лейбница:
- |(sin(nx))/x^3| убывает по n (для фиксированного x) и стремится к нулю при n→∞;
- ряд |(sin(nx))/x^3| сходится (это мы уже доказали выше).
Поэтому ряд ∑(sin(nx))/x^3 сходится условно по признаку Лейбница.
Чтобы определить, на каких интервалах он сходится абсолютно, воспользуемся признаком Абеля: если последовательность {a_n} монотонна и ограничена, а последовательность {b_n} удовлетворяет условиям:
1) {b_n} монотонна в большую или меньшую сторону;
2) ряд от {b_n} сходится;
то ряд от a_n*b_n сходится абсолютно.
Для нашего случая последовательность {a_n} уже найдена, а последовательность {b_n} = sin(nx) не удовлетворяет условиям признака Абеля, так как она не является монотонной и не сходится (кроме случая n=0). Следовательно, ряд сходится условно на всей числовой прямой, но не сходится абсолютно ни на каком интервале.
Ответ: 4).
1 votes Thanks 0
daniilzhulanov
В нашем случае {a_n} = sin(nx)/x^3, что можно рассматривать как произведение двух функций: f(x) = sin(x)/x и g(x) = 1/x^2. Функция f(x) монотонна и ограничена, как и g(x), поэтому выполнен первый критерий признака Дирихле.
daniilzhulanov
Для второго критерия заметим, что функция g(x) равномерно ограничена на любом отрезке, не содержащем точку x=0. Для функции f(x) нужно доказать, что она равномерно стремится к нулю на таких отрезках. Рассмотрим отрезок [a,b] без точки x=0. Так как sin(x)/x непрерывна на [a,b], она ограничена на этом отрезке,
daniilzhulanov
то есть существует число M такое, что |sin(x)/x| <= M для любого x из [a,b]. Тогда для любого n и x из [a,b] получаем |sin(nx)/x| <= M/n, что означает, что последовательность {sin(nx)/x} равномерно ограничена на отрезке [a,b].
daniilzhulanov
Таким образом, выполнены оба критерия признака Дирихле, поэтому ряд от a_n*b_n = (sin(nx)/x^{2})/n сходится.
daniilzhulanov
Но как я понимаю, это ещё не доказывает сходимость исходного ряда на любом интервале. Сейчас думаю еще.
Answers & Comments
Привет!
Для исследования на абсолютную сходимость ряда Рассмотрим ряд |(sin(nx))/x^3| = (|sin(nx)|)/x^3. Заметим, что |sin(nx)| <= 1 для любого n и любого x, поэтому (|sin(nx)|)/x^3 <= 1/x^3. Ряд ∑1/x^3 сходится абсолютно (это p-ряд с p=3>1), поэтому по признаку сравнения ряд ∑(sin(nx))/x^3 сходится.
Для исследования на условную сходимость ряда заметим, что sin(nx) меняет знаки при переходе через каждый π/n, то есть на интервалах [(k-1)π/n;kπ/n] для k=1,2,...,n. На каждом таком интервале sin(nx) сохраняет знак, поэтому можно считать, что все члены ряда имеют одинаковый знак. Проверим условия признака Лейбница:
- |(sin(nx))/x^3| убывает по n (для фиксированного x) и стремится к нулю при n→∞;
- ряд |(sin(nx))/x^3| сходится (это мы уже доказали выше).
Поэтому ряд ∑(sin(nx))/x^3 сходится условно по признаку Лейбница.
Чтобы определить, на каких интервалах он сходится абсолютно, воспользуемся признаком Абеля: если последовательность {a_n} монотонна и ограничена, а последовательность {b_n} удовлетворяет условиям:
1) {b_n} монотонна в большую или меньшую сторону;
2) ряд от {b_n} сходится;
то ряд от a_n*b_n сходится абсолютно.
Для нашего случая последовательность {a_n} уже найдена, а последовательность {b_n} = sin(nx) не удовлетворяет условиям признака Абеля, так как она не является монотонной и не сходится (кроме случая n=0). Следовательно, ряд сходится условно на всей числовой прямой, но не сходится абсолютно ни на каком интервале.
Ответ: 4).