Числовые ряды. Сумма ряда. Решение рядов


Решение рядов | Высшая математика

Формулы и уравнения рядов здесь.

Пример. Исследование на сходимость и сумма ряда.

Дано: ряд Найти: сумму ряда в случае его сходимости.

Решение.

Представим члены ряда в виде суммы двух слагаемых:

Получается, что n-я частичная сумма ряда может быть записана в виде:

Отсюда следует, что .

Ряд сходится. Сумма ряда равна .

Пример. Необходимый признак сходимости рядов.

Дано: ряд Найти:Проверить выполнение необходимого признака сходимости рядов.

Решение.

Необходимый признак сходимости рядов заключается в том, что если числовой ряд сходится, то Как следствие, если ≠ 0, то ряд расходится.

Для данного в задаче числового ряда: ≠ 0. Ряд расходится.

Примеры. Достаточные признаки сходимости положительных рядов.

Дано: ряды1) 2) 3) 4) 5) 6) Найти:Исследовать ряды на сходимость.

Решение.

1) Исходя из того, что ≤ при всех n и обобщенный гармонический ряд сходится, следует то, что ряд с меньшими членами сходящийся.

2) Исходя из того, что если выполняются условия: ln n ≥ 0 при n ≥ 1, то ≥ при n ≥ 1.Обобщенный гармонический ряд расходится, следовательно, ряд с большими членами также расходится.

3) Из ряда выделим главную часть n-го члена: при n→∞ ∼ .Заданный ряд и ряд ведут себя одинаково, так как .Геометрический ряд сходится, значит, ряд также сходится.

4) Из ряда выделим главную часть n-го члена: при n→∞ ∼ .Порядок < 1, поэтому ряд расходится.

5) Из ряда выделяем главную часть n-го члена ряда: при n→∞ ∼ .Порядок > 1, поэтому ряд сходится.

6) Из ряда выделяем главную часть n-го члена ряда: при n→∞ ∼ Порядок , поэтому ряд расходится.

matematika.electrichelp.ru

Числовые ряды. Сумма ряда.

Задача суммирования множества слагаемых решается в теории рядов.

где u1,u2,u3…., un…–члены бесконечной числовой последовательности, называется числовым рядом.

Числа u1,u2,u3…., un… называют членами ряда, а un– общий член ряда.

Сумма конечного числа n первых членов ряда называется n–й частичной суммой ряда.

Sn= u1 + u2 +… + un,

т.е. S1= u1; S2= u1+ u2

Sn= u1+ u2+…+ un

Ряд называется сходящимся, если существует конечный предел частичной суммы Snпри n, то есть

Число S называется суммой ряда.

В противном случае:

Тогда ряд называется расходящимся.

Эталонные ряды.

1. Геометрический ряд (геометрическая прогрессия)

.

.

Пример.

2. Гармонический ряд.

3. Обобщенный гармонический ряд.

Пример.

.

Признаки сходимости знакоположительных рядов

Теорема 1. Необходимый признак сходимости.

C помощью этого признака можно установить расходимость ряда.

Пример.

Достаточные признаки

Теорема 1.Признак сравнения рядов.

Пусть даны два знакоположительных ряда:

и

Причем тогда, если ряд (2) сходится, то сходится и ряд (1).

Если ряд (1) расходится, то расходится и ряд (2).

Пример. Исследовать ряд на сходимость:

Сравним этот ряд с геометрическим рядом:

Сравним ряды:

и так далее.

Следовательно, по признаку сравнения искомый ряд сходится.

Теорема 2. Признак Даламбера.

  1. при

  2. при

  3. при вопрос о сходимости остается открытым.

Пример. Исследовать на сходимость ряд:

по признаку Даламберу ряд сходится.

Теорема 3.Радикальный признак Коши.

1) при

2) при

3) при вопрос о сходимости остается открытым.

Пример: исследовать на сходимость числовой ряд:

Решение:

Следовательно, ряд сходится по Коши.

Теорема 4. Интегральный признак Коши.

Пусть члены ряда

положительны и не возрастают, то есть и являются значениями непрерывной невозрастающей функцииf(x) при x= 1, 2, …, n.

Тогда для сходимости ряда необходимо и достаточно, чтобы сходился несобственный интеграл:

Пример.

Решение:

Следовательно, ряд расходится, так как расходится несобственный интеграл.

Знакопеременные ряды. Понятие абсолютной и условной сходимости знакопеременого ряда.

Ряд называется знакопеременным, если любой его член может быть, как положительным, так и отрицательным.

Рассмотрим знакочередующиеся ряды:

Теорема 1. Признак Лейбница (достаточный признак).

Если у знакочередующегося ряда

члены убывают по абсолютной величине, то есть и

то ряд сходится, и его сумма не превосходит первого члена, то есть S ≤.

Пример.

Решение:

Применим признак Лейбница:

.

Следовательно, ряд сходится по Лейбницу.

Теорема 2. Достаточный признак сходимости знакопеременного ряда.

Если для знакопеременного ряда сходится ряд, составленный из абсолютных величин его членов , то данный знакопеременный ряд сходится.

Пример: исследовать ряд на сходимость:

Решение:

из абсолютных величин членов исходного ряда сходится, как обобщенный гармонический ряд при .

Следовательно, исходный ряд сходится.

Этот признак является достаточным, но не необходимым, то есть существуют знакопеременные ряды, которые сходятся, хотя ряды, составленные из абсолютных величин, расходятся.

Определение 1. Знакопеременный ряд называется абсолютно сходящимся, если сходится ряд, составленный из абсолютных величин его членов.

Определение 2.Знакопеременный ряд называется условно сходящимся, если сам ряд сходится, а ряд, составленный из абсолютных величин его членов, расходится.

Отличие между ними в том, что абсолютно сходящийся ряд сходится из-за того, что его члены быстро убывают, а условно сходящийся ряд сходится из-за того, что положительные и отрицательные члены уничтожают друг друга.

Пример.

Решение:

Применим признак Лейбница:

Следовательно, ряд сходится по Лейбницу. Но ряд составленный из абсолютных величин его членов расходится, как гармонический.

Значит, исходный ряд сходится условно.

studfiles.net

Сумма числового ряда. Сходимость ряда. Решение рядов

Онлайн сервис Math34.biz поможет найти сумму ряда онлайн как числовой последовательности, так и функционального ряда.                                                     Сумма ряда для математиков есть нечто особое в понимании анализа числовых величин и предельного перехода. Про общее решение рядов сказано и написано очень много полезных трудов за прошедшие несколько столетий. Лично для каждого преподавателя служит важным долгом донести свои накопленные знания в математике до конечного слушателя, то есть студента. Искать проще простого такую сумму ряда 1/n. Будет вам сумма ряда 1/n^2 представлена в краткой записи. И искомая сумма конечного ряда найдется сразу на сайте Math34.biz. Наряду с определением суммы ряда онлайн последовательности числовой, сайт в онлайн режиме может найти так называемую частичную сумму ряда. Однозначно это поможет для аналитических представлений, когда сумму ряда онлайн нужно выразить и найти как решение лимита числовой последовательности частичных сумм ряда. По свое сути сумма ряда есть не что иное, как обратная операция разложения функции в ряд. Операции практически взаимные по природе. Так уж сложилось, что сходимость ряда изучается после прохождения курса лекции в математическом анализе после пределов. Найденное решение рядов означает результат исследования его на сходимость или расходимость. Этот результат определяется однозначно. В сравнении с аналогами, Math34.biz имеет свои неоспоримые преимущества, потому что умеет найти сумму ряда онлайн как числового, так и функционального ряда, что позволяет однозначно определять область сходимости начального исходного ряда, применяя практически все известные науке методологии. Опираясь на теорию рядов, необходимым во все времена условием сходимости последовательности числовой будет равенство нулю лимита общего члена числового ряда на бесконечности. Но это условие является не достаточным при установлении сходимости числового ряда онлайн. Немного отвлечемся от насущной проблемы и порассуждаем с другой философской позиции по поводу рядов в математике. Для вас это решение рядов онлайн позволит стать наилучшим калькулятором и помощником на каждый день. Совсем не охота просиживать прекрасные зимние деньки за уроками, когда сумма ряда находится в два счета прямо на ваших глазах. Если понадобится кому-то определить ту самую ходимость ряда, то потребуется несколько секунд после предварительного ввода правильных данных. В то время, как аналогичные сайты требуют вознаграждения за свои услуги, мы стараемся быть полезными каждому желающему попробовать научиться самому решать примеры, используя наш простой сервис. На ваше усмотрение мы можем представить решение рядов в онлайн режиме на любом современном устройстве, то есть в любом браузере. В случае расхождения ряда онлайн, сайт Math34.biz покажет соответствующее этому факту сообщение. Так вот найти и доказать, что сумма ряда 1/n на бесконечности расходится - будет простым заданием. Навсегда запомните, как сумма ряда 1/n^2 сходится и имеет в математике огромное смысловое значение. А вот сумма конечного ряда обычно определяется после использования, например, интегрального признака или признака Раабе, о котором мало кто знает в рядовых вузах. По определению сходимости рядов онлайн учеными выведены разные достаточные признаки сходимости или расходимости ряда. Более известны и часто применяемы из этим методов - это признаки Д'Аламбера, признак сходимости Коши, признак сходимости Раабе, признак сравнения числовых рядов, а также интегральный признак сходимости числового ряда. Заслуживают особого внимания такие числовые ряды, у которых знаки слагаемых обязательно строго чередуются друг за другом с минуса на плюс и обратно, а абсолютные величины этих числовых рядов убывают монотонно, то есть равномерно. На практике изучения рядов оказалось, что для таких числовых рядов необходимый признак сходимости знакопеременного ряда онлайн является достаточным, то есть равенство нулю лимита общего члена числового ряда на бесконечности. Найденная сумма ряда таким способом оказывается равносильно другим применяемым методам. Сходимость ряда занимает колоссальную трату времени, так как сам процесс предполагает полное исследование функции. Решение рядов онлайн на сайте Math34.biz обеспечивает максимальную точность в расчетах. Есть много разных сайтов, которые представляют сервисы вычисления суммы ряда онлайн, а также разложения функций в ряд в режиме онлайн в любой точке из области определения исследуемой функции. Разложить функцию в ряд онлайн в этих сервисах можно без труда, так как используется функционал вычисления производной, а вот обратная операция - найти сумму функционального онлайн ряда, членами которого являются не числа, а функции, не редко бывает невозможным на практике в силу трудностей, возникающих на почве отсутствия необходимых вычислительных ресурсов. Для пользователей сайта Math34.biz таких сложностей просто не существует. Используйте наш ресурс для вычислений суммы рядов онлайн, проверки и закрепления своих знаний. Если же сумма ряда расходится, то мы не получим ожидаемого результата для дальнейших действий в какой-то общей задачей. Этого можно заранее избежать, применяя свои знания как специалиста. Напоследок нельзя не упомянуть как сумма ряда 1/n самая простая в выражении и ее часто приводят в пример. Даже когда хотят показать некоторый признак сходимости в деле, то доказывают это для суммы ряда 1/n^2, потому что прозрачно для учеников такое представление и не путаются студенты. Поскольку имеем выражение для сложного общего члена ряда, то сумма конечного ряда была бы полезна, если будет доказано для мажорирующего ряда (относительно исходного) его сходимость. С другой стороны сходимость ряда будет происходить независимо от начальных условий задачи. Лучшее решение рядов может предложить только наш сервис Math34.biz, потому что только мы гарантируем экономию вашего времени, соотнеся траты на вычисление с полезность и точностью результата. Поскольку искомая сумма ряда представима в большинстве случаев мажорирующим рядом, то как раз целесообразнее исследовать именно его. Отсюда сходимость ряда от мажорирующего общего члена однозначно укажет на сходимость основного выражения, и задача решится сама собой сразу же. Наверняка каждый студент мечтал о том, чтобы иметь под рукой великолепный бесплатный калькулятор, такой как Math34.biz, и применять его повсеместно при необходимости. Преподаватели высших учебных заведений также могут использовать наше решение рядов онлайн и проверять работы своих подопечных курсантов. Для некоторого случая сумма ряда может быть вычислена в задаче для физики, химии или прикладной дисциплины, не застревая в рутинных вычислениях, чтобы не сбиться с основного направления при исследовании некоторого природного процесса. Для начала обычно записывают самое что не наесть упрощённое выражение в виде суммы ряда 1/n и оправдан такой подход. Число Пи присутствует во многих вычислительных операциях, но сумма ряда 1/n^2 можно сказать является классическим пример сходимости гармонического ряда на бесконечности. Что же все-таки означает выражение "сумма конечного ряда"? А это означает как раз, что он сходится и предел его частичных сумм имеет конкретное числовое значение. Если же подтвердится сходимость ряда и это повлияет на конечную устойчивость системы, то тогда возможно изменить входные параметры задачи и попробовать сделать заново. Напоследок хотим вам дать неявный на первый взгляд, но очень полезный на практике совет. Даже если вы имеет достаточный опыт в решении рядов и не нуждаетесь в подобных сервисах по решению рядов онлайн, приступить к нахождению суммы ряда мы предлагаем вам с определения сходимости ряда. Потратьте всего минуту на это действие, используя Math34.biz, чтобы на протяжении всего вычисления суммы ряда просто держать этот факт в голове. Лишним не будет! О сумме ряда онлайн много написано на сайтах по математике, приложено много иллюстраций как в прошлом веке ученые обозначали символами выражения суммы ряда. По большому счету мало что изменилось, но интересные моменты есть. Если сходимость ряда в онлайне представляется невозможным, то просто проверьте введенные данные и спокойно повторите запрос. Лучше все-таки сначала перепроверить общий член ряда. И всякое решение рядов онлайн покажется сразу на сайте, вам не придется нажимать дополнительные ссылки для того, чтобы получить ответ на поставленную задачу. Лучшее, по мнению экспертов, заставляет студентов более требовательно подходить к выбору калькулятора решения рядов. В сумму ряда как онлайн сервиса вкладывают понятие сходимости ряда, то есть существование конечной суммы. Наряду с этим разделом представлены такие базовые темы как интегралы и производная, поскольку все они тесно связаны. Давайте вместе с нами поговорим как сумма ряда 1/n расходится при стремлении переменной к бесконечности. Однако другая сумма такого ряда как 1/n^2 будет наоборот сходиться и примет конечное числовое выражение. Интересно изучать случаи, когда сумма конечного ряда представляется постепенно в виде промежуточных частичных сумм ряда при пошаговом увеличении переменной на единицу, а может и несколько единиц сразу. Проверку на сходимость ряда в онлайне рекомендуем делать после собственных решений заданий. Это позволит вам детально разобраться в теме и повысить свой уровень знаний. Не забывайте про это никогда, мы стараемся только для вас. Как-то на уроке учитель показал решение рядов онлайн с помощью вычислительной техники. Нужно сказать, что это всем понравилось изрядно. После этого случая калькулятор был востребован на всем курсе изучения математики. Лишним не будет проверить, как сумма ряда вычисляется калькулятором онлайн за несколько секунд после того, как вы запросите показать результат. Сразу станет понятно, в каком направлении стоит держать ход решения задачи. Поскольку о сходимости ряда в некоторых дорогих учебниках написано не много, то лучше скачать из Интернета несколько хороших докладов выдающихся ученых и пройти курс обучения по их методике. Результат будет хорошим. При решении рядов нельзя исключать самый первый признак сходимости, а именно стремление к нулю предела общего его члена. Хоть и не достаточное это условие, но необходимое всегда. Целостность решенного примера производит приятное ощущение на ученика, когда он понимает, что сумма ряда вычислена не прибегая к подсказкам. Учебники предназначены как пособие к применению на практике своих навыков. По мере забывания пройденного материала, нужно каждый четверг уделять хотя бы пять минут на беглый просмотр лекций, иначе к началу сессии вы все позабудете, а как вычисляется сходимость ряда вы тем более позабудете. Начните с одного раза и в дальнейшем переборите свою лень. Не зря заставляют преподаватели доказывать, как сумма ряда 1/n будет расходится. А вот если все-таки сумма ряда 1/n^2 будет представлена как знакопеременный ряд, то ничего страшного не случится - ведь абсолютный ряд то сходится! Ну и конечно сумма конечного ряда для вас может представлять особый интерес, когда вы изучаете эту дисциплину самостоятельно. Львиную долю примеров решают с помощью метода Даламбера и решение рядов при этом сводится к вычислению пределов, как отношение его соседних членов, а именно последующего на предыдущий. Поэтому желаем вам удачи в решении математики и пусть вы никогда не будете ошибаться! Возьмем за базовую основу так называемое решение рядов онлайн по направлению исследовательского разногласия причастности основополагающих принципов и научных межотраслевых направлений. Позвольте нам для вас найти ответ и рассказать утвердительно, что сумма ряда решается несколькими принципиально разными методами, но в конце концов результат один и тот же. Подсказка про сходимость ряда не всегда очевидна для студентов, даже если им заранее сказать ответ, хотя конечно это безусловно подталкивает их к правильному ходу решения. Абстракция в математике хоть и выступает на первое местною, однако она подкреплена теорией и доказывает некоторые неоспоримые факты в два счета. Нельзя пропустить такой аспект при решении рядов онлайн, как применимость или неприменимость базовых теоретических принципом сходимости числового ряда и представления сложной суммы ряда в некотором упрощенном варианте для более приятного глазу вида. Но известны случаи, когда сумма ряда 1/n будет сходиться и мы не станем вас напрягать этим казусом, потому что всего на просто нужно вместо символа бесконечности подставить некоторое целое число и тогда вся сумма сведется к обычному арифметическому ряду. Гармоничный ряд это сумма ряда 1/n^2, то сеть в любой возведенной степени. Сумма конечного ряда вычисляется за несколько секунд на сайте Math34.biz

math24.biz

∑ Сумма ряда онлайн

Введите данные для подчета суммы ряда

Найдем сумму ряда чисел. Если не получается ее найти, то система вычисляет сумму ряда с определенной точностью.

Сходимость ряда

Данный калькулятор умеет определять - сходится ли ряд, также показывает - какие признаки сходимости срабатывают, а какие - нет.

Также умеет определять сходимость степенных рядов.

Также строится график ряда, где можно увидеть скорость сходимости ряда (или расходимости).

Правила ввода выражений и функций

Выражения могут состоять из функций (обозначения даны в алфавитном порядке):

absolute(x) Абсолютное значение x(модуль x или |x|) arccos(x) Функция - арккосинус от xarccosh(x) Арккосинус гиперболический от xarcsin(x) Арксинус от xarcsinh(x) Арксинус гиперболический от xarctg(x) Функция - арктангенс от xarctgh(x) Арктангенс гиперболический от xee число, которое примерно равно 2.7 exp(x) Функция - экспонента от x (что и e^x) log(x) or ln(x) Натуральный логарифм от x(Чтобы получить log7(x), надо ввести log(x)/log(7) (или, например для log10(x)=log(x)/log(10)) pi Число - "Пи", которое примерно равно 3.14 sin(x) Функция - Синус от xcos(x) Функция - Косинус от xsinh(x) Функция - Синус гиперболический от xcosh(x) Функция - Косинус гиперболический от xsqrt(x) Функция - квадратный корень из xsqr(x) или x^2 Функция - Квадрат xtg(x) Функция - Тангенс от xtgh(x) Функция - Тангенс гиперболический от xcbrt(x) Функция - кубический корень из xfloor(x) Функция - округление x в меньшую сторону (пример floor(4.5)==4.0) sign(x) Функция - Знак xerf(x) Функция ошибок (Лапласа или интеграл вероятности)

В выражениях можно применять следующие операции:

Действительные числа вводить в виде 7.5, не 7,52*x - умножение 3/x - деление x^3 - возведение в степень x + 7 - сложение x - 6 - вычитание

www.kontrolnaya-rabota.ru

Ряды | Высшая математика

Примеры решения рядов здесь.

Числовые ряды

Факториал и двойные факториалы:

— формула Стирлинга.

Геометрическая прогрессия:

|q|<1.

Основные определения и теоремы о рядах:

{un} — заданная бесконечная числовая последовательность,

— числовой ряд,un — члены ряда, – частичные суммы ряда.

Сумма ряда:

сходится, S — сумма ряда.

или ряд сходится и суммы нет.

Отбрасывание конечного числа членов ряда не влияет на его сходимость (но влияет на сумму).

Свойства сходящихся рядов:

    Теоремы сравнения рядов с положительными членами: ≥ 0, ≥ 0.
  1. ≤ Если сходится, то сходится;если расходится, то расходится.
  2. vn ≠ 0, 0 < k < ∞.Либо и , и сходятся,либо и , и расходятся.
    Достаточные признаки сходимости числовых рядов с положительными членами (un > 0)
  • Признак ДаламбераЕсли существует , то : сходится, если l < 1; расходится, если l > 1; признак не дает ответа, если l = 0.
  • Признак КошиЕсли существует , то : сходится, если l < 1; расходится, если l > 1; признак не дает ответа, если l = 0.
  • Интегральный признак сходимости1) un > 0; 2) un ≥ un+1; 3) f(x) — непрерывная невозрастающая функция, f(n) = un.Либо и , и сходятся,либо и , и расходятся.
    Примеры числовых рядов
  1. : сходится, если a > 1; расходится, если a ≤ 1.
  2. : сходится, если a < 1; расходится, если a ≥ 1.
  3. : сходится.
  4. : сходятся, |q| < 1; расходятся, |q| ≥ 1.
  5. : сходится;
  6. : сходится, если a > 1; расходится, если a ≤ 1.
  7. : сходится условно.
  8. : сходится абсолютно.
  9. : сходится абсолютно.

Функциональные ряды

Функциональный ряд – сумма вида

При из функционального ряда получается числовой ряд

Если для числовой ряд сходится, то точка называется точкой сходимости функционального ряда. Если в каждой точке числовые ряды сходятся, то функциональный ряд называется сходящимся в области . Совокупность всех точек сходимости образует область сходимости функционального ряда.

– частичные суммы ряда. Функциональный ряд сходится к функции f(x), если

Равномерная сходимость

Функциональный ряд, сходящийся для всех из области сходимости, называется равномерно сходящимся в этой области, если ∀ε > 0 существует не зависящий от x номер N(ε), такой, что при n > N(ε) выполняется неравенство Rn(x) < ε для всех x из области сходимости, где — остаток ряда.

Геометрический смысл равномерной сходимости:если окружить график функции y = f(x) «ε-полоской», определяемой соотношением f(x)−ε > y > f(x)+ε, то графики всех частичных сумм Sk(x), начиная с достаточно большого k, ∀x ∈ [a, b] целиком лежат в этой «ε-полоске», окружающей график предельной функции y = f(x).

— называется мажорируемым в области , если существует такой сходящийся числовой ряд un > 0, что для ∀x ∈ D fn(x) ≤ un, n = 1, 2, …. Ряд называется мажорантой ряда

Признак Вейерштрасса (признак равномерной сходимости функционального ряда): функциональный ряд сходится равномерно в области сходимости, если он является мажорируемым в этой области.

Степенные ряды: — степенной ряд по степеням При – степенной ряд по степеням x.

Область сходимости степенного ряда:Радиус сходимости, интервал сходимости R, x ∈ (-R, R): или При |x| < R ряд сходится, при |x| > R – расходится;в точках x = ±R – дополнительное исследование.

На интервале сходимости ряд сходится абсолютно;на любом отрезке из интервала сходимости он сходится равномерно.

    Свойства степенных рядов
  1. Степенной ряд сходится равномерно на [−R′, R′]∀R′ < R, его можно почленно дифференцировать и интегрировать в интервале сходимости.
  2. Ряды, полученные почленным дифференцированием и интегрированием, имеют тот же интервал сходимости.
    Разложение элементарных функций в степенные ряды
  1. , x ∈ (−∞; ∞).
  2. ,x ∈ (−∞; ∞).
  3. , x ∈ (−∞; ∞).
  4. , x ∈ (−∞; ∞).
  5. , x ∈ (−∞; ∞).
  6. , x ∈ (−1; 1].
  7. , x ∈ [−1; 1).
  8. ,x ∈ (−1; 1).
  9. , x ∈ [−1; 1].
  10. , x ∈ [−1; 1].
  11. , x ∈ (−1; 1).
  12. , x ∈ (−1; 1).
  13. , x ∈ (−1; 1).
  14. , x ∈ (−1; 1).
  15. , x ∈ (−1; 1].

Тригонометрические ряды

    Ряд Фурье для периодической функции с периодом 2π
  • Ряд Фурье функции f(x):
  • Коэффициенты Фурье:

Ряд Фурье для функции с произвольным периодом Т=2l, f(x+2l) = f(x):где

    Разложение в ряд Фурье непериодических функций, заданных на отрезке x ∈ [0; l] или на отрезке x ∈ [-l; l]Произвольная функция f(x) задана на отрезке [0; l]; на отрезок [-l; 0] она может быть продолжена произвольным образом: – некоторая кусочно-монотонная функция.Наиболее часто встречающиеся продолжения:
  • f1(x)=f(-x), x ∈ [-l; 0] (четное продолжение)где x ∈ [0; l] n = 0, 1, 2,…
  • f1(x) = —f(−x), x ∈ [-l; 0](нечетное продолжение)где x ∈ [0; l] n = 1, 2,…
  • На всю действительную ось ϕ(x) продолжается периодически с периодом 2l, ϕ(x) = ϕ(x + 2l). Функция ϕ(x) разлагается в ряд Фурье, причем в точках x = ±l выполняется условие: где то есть, – левый предел f(x) в точке x = l, – правый предел f(x) в точке x = l.

matematika.electrichelp.ru

Ряды | Решение задач по математике и другим предметам!!!

Решение типового варианта контрольной работы. Ряды

Пример 1. Исследовать на сходимость числовые ряды:

А) 

Б) 

В) 

Г) 

Д) 

Е) 

Ж) 

З) 

Решение.

А)  В данном случае

Вычислим

Следовательно, ряд расходится.

Б)  Поскольку в записи общего члена ряда есть показательная функция , то используем признак Даламбера.

Для рассматриваемого ряда

;

Вычислим

Следовательно, по признаку Даламбера, исходный ряд сходится.

В)  Так как в записи общего члена ряда есть факториал (), то используем признак Даламбера. Для исследуемого ряда

Вычислим

В пределе получили бесконечность, следовательно, исследуемый ряд расходится.

Г)  Воспользуемся радикальным признаком Коши. Здесь

Вычислим

Полученное значение больше 1, следовательно, ряд расходится.

Исследуем данный ряд с помощью интегрального признака Коши. Составим соответствующий интеграл и вычислим его

Интеграл сходится, следовательно, исследуемый ряд сходится.

Составим ряд, эквивалентный исходному, оставив в числителе и знаменателе лишь старшие степени n:

Полученный ряд эквивалентен исходному, так как

Таким образом, исходный ряд и ряд сходятся и расходятся одновременно. Т. к. ряд сходится, следовательно, исходный ряд также сходится.

Д)  Так как , то

.

Ряд расходится , следовательно, исходный ряд также расходится.

Оценим общий член ряда:

.

Ряд

Ряд сходится , следовательно, эквивалентный ряд также сходится. Т. к. из сходимости большего ряда следует сходимость меньшего, то исходный ряд сходится.

Пример2. Найти область сходимости ряда .

Решение. Воспользуемся признаком Даламбера:

Ряд сходится, если

или ;

или ,

.

Ряд расходится, если .

Неопределенный случай: т. е. или ,

Пусть : ‑ сходится.

Ряд сходится как эквивалентный сходящемуся ряду.

Пусть : .

Этот ряд – знакочередующийся. Исследуя его на абсолютную сходимость (рассматриваем ряд, состоящий из абсолютных величин), получим ряд как и при , а он сходится. Т. к. ряд, состоящий из абсолютных величин, сходится, то данный ряд сходится абсолютно.

Получили, что ‑ область сходимости ряда.

Пример 3. Вычислить с точностью интеграл .

Решение. Запишем разложение функции в ряд Маклорена:

+...

Вычислим интеграл

.

Заметим, что при вычислении интеграла получаем знакочередующийся ряд. Мы отбрасываем при вычислении все слагаемые, начиная со слагаемого, меньшего по абсолютной величине заданной точности .

Пример 4. Найти три первые (отличные от 0) члена разложения в степенной ряд решения задачи Коши .

Решение.

Для представления решения в виде ряда Маклорена необходимо найти первые три отличные от нуля значения . По условию задачи Выразим из уравнения :

Найдем , продифференцировав обе части равенства по :

Окончательно получим:

.

Пример 5. Разложить данную функцию в ряд Фурье

А)  в интервале (-2, 2):

Б)  по синусам на интервале .

Решение.

Разложение периодической (период ) функции имеет вид:

А) В нашем примере L=2.

Где

Вычислим значения интегралов-слагаемых по отдельности.

;

Используя формулу интегрирования по частям, получаем

.

Вычислим значения интегралов-слагаемых по отдельности.

Аналогично предыдущему

И окончательно получим:

Подставляя полученные значения в разложение , получим:

Б) Продолжим функцию на отрезок нечетным образом (рис. 1).

Рис. 1

Тогда получим нечетную функцию, ряд Фурье которой содержит только синусы, т. е. .

Найдем коэффициенты , используя формулу:

Для вычисления первого и третьего интегралов используем метод интегрирования по частям:

.

Таким образом, .

< Предыдущая Следующая >
 

matica.org.ua

РЯДЫ

Смех без причины – признак Даламбера

Вот и пробил час функциональных рядов. Для успешного освоения темы, и, в частности, этого урока, нужно хорошо разбираться в обычных числовых рядах. Следует хорошо понимать, что такое ряд, уметь применять признаки сравнения для исследования ряда на сходимость. Таким образом, если Вы только-только приступили к изучению темы или являетесь чайником в высшей математике, необходимо последовательно проработать три урока: Ряды для чайников, Признак Даламбера. Признаки Коши и Знакочередующиеся ряды. Признак Лейбница. Обязательно все три!  Если есть элементарные знания и навыки решения задач с числовыми рядами, то справиться с функциональными рядами будет довольно просто, поскольку нового материала не очень и много.

На данном уроке мы рассмотрим понятие функционального ряда (что это вообще такое), познакомимся со степенными рядами, которые встречаются в 99%-ах практических заданий, и научимся решать распространенную типовую задачу на нахождение радиуса сходимости, интервала сходимости и области сходимости степенного ряда. Далее можно будет рассмотреть материал о сумме степенного ряда и разложении функций в степенные ряды.

Понятие функционального ряда и степенного ряда

Обычный числовой ряд, вспоминаем, состоит из чисел:

Все члены ряда – этоЧИСЛА.

Функциональный же ряд состоит из ФУНКЦИЙ:

В общий член ряда помимо многочленов, факториалов и других подарковнепременновходит буковка «икс». Выглядит это, например, так: . Как и числовой ряд, любой функциональный ряд можно расписать в развернутом виде:

Как видите, все члены функционального ряда – этофункции.

Наиболее популярной разновидностью функционального ряда является степенной ряд.

Определение:

Степенной ряд – это ряд, в общий член которого входятцелые положительные степени независимой переменной . Упрощенно степенной ряд во многих учебниках записывают так:, где– это старая знакомая «начинка» числовых рядов (многочлены, степени, факториалы, зависящиетолько от «эн»). Простейший пример: 

Посмотрим на это разложение и еще раз осмыслим определение: члены степенного ряда содержат «иксы» в целых положительных (натуральных) степенях.  Очень часто степенной ряд можно встретить в следующих «модификациях»: или, где– константа. Например:

Строго говоря, упрощенные записи степенного ряда ,илине совсем корректны. В показателе степени вместо одинокой буквы «эн» может располагаться более сложное выражение, например:

Или такой степенной ряд:

Лишь бы показатели степеней при «иксАх» были натуральными.

Сходимость степенного ряда.  Интервал сходимости, радиус сходимости и область сходимости

Не нужно пугаться такого обилия терминов, они идут «рядом друг с другом» и не представляют особых сложностей для понимания. Лучше выберем какой-нибудь простой подопытный ряд и сразу начнём разбираться.

Прошу любить и жаловать степенной ряд .

Переменная может приниматьлюбое действительное значение от «минус бесконечности» до «плюс бесконечности». Подставим в общий член ряда несколько произвольных значений «икс»: Если , тоЕсли, тоЕсли, тоЕсли, тоИ так далее.

Очевидно, что, подставляя в то или иное значение «икс», мы получаем различные числовые ряды. Некоторые числовые ряды будут сходиться, а некоторые расходиться. И наша задачанайти множество значений «икс», при котором степенной ряд будетсходиться. Такое множество и называется областью сходимости ряда.

Для любого степенного ряда (временно отвлекаемся от конкретного примера) возможны три случая:

1) Степенной ряд сходится абсолютно на некотором интервале . Иными словами, если мы выбираем  любое значение «икс» из интервалаи подставляем его в общий член степенного ряда, то у нас получаетсяабсолютно сходящийся числовой ряд. Такой интервал и называетсяинтервалом сходимости степенного ряда.

Радиус сходимости, если совсем просто, это половина длины интервала сходимости: 

Геометрически ситуация выглядит так:

В данном случае, интервал сходимости ряда: , радиус сходимости ряда:

Широко распространен тривиальный случай, когда интервал сходимости симметричен относительно нуля:

>

Здесь интервал сходимости ряда: , радиус сходимости ряда:

А что будет происходить на концах интервала ?  В точках,степенной рядможет, как сходиться, так и расходится, и для выяснения этого необходимо проводить дополнительное исследование. После такого исследования речь идёт уже об области сходимости ряда:

– Если установлено, что степенной ряд расходится на обоих концах интервала, то область сходимости ряда совпадает с интервалом сходимости: 

– Если установлено, что степенной ряд сходится на одном конце интервала и расходится на другом, то область сходимости ряда представляет собой полуинтервал: или.

– Если установлено, что степенной ряд сходится на обоих концах интервала, то область сходимости ряда представляет собой отрезок: 

Термины очень похожи, область сходимости ряда – это чуть более детализированныйинтервал сходимости ряда.

С двумя оставшимися случаями всё короче и проще:

2) Степенной ряд сходится абсолютно при любом значении . То есть, какое бы значение «икс» мы не подставили в общий член степенного ряда – в любом случае у нас получитсяабсолютно сходящийся числовой ряд. Интервал сходимости и область сходимости в данном случае совпадают: . Радиус сходимости:. Рисунок приводить не буду, думаю, нет необходимости.

3) Степенной ряд сходится в единственной точке. Если ряд имеет вид , то он будет сходиться в единственной точке. В этом случае интервал сходимости и область сходимости ряда тоже совпадают и равны единственному числу – нулю:. Если ряд имеет вид, то он будет сходиться в единственной точке, если ряд имеет вид, то, понятно, – в точке «минус а». Радиус сходимости ряда во всех случаях, естественно, нулевой:.

Других вариантов нет. Область сходимости степенного ряда – это всегда либо единственная точка, либо любое «икс», либо интервал (возможно полуинтервал, отрезок). Подчеркиваю, чтоданная классификация справедлива для степенных рядов. Для произвольного функционального ряда она в общем случае является неверной.

Исследование степенного ряда на сходимость

После небольшой порции теоретического материала переходим к рассмотрению типового задания, которое практически всегда встречается на зачетах и экзаменах по высшей математике.

Пример 1

Найти область сходимости степенного ряда 

Задание часто формулируют эквивалентно: Найти интервал сходимости степенного ряда и исследовать его сходимость на концах найденного интервала.

Алгоритм решения довольно прозрачен и трафаретен.

На первом этапе находим интервал сходимости ряда. Почти всегда необходимо использовать признак Даламбера и находить предел . Технология применения признака Даламбера точно такая же, как и для числовых рядов, с ней можно ознакомиться на урокеПризнак Даламбера. Признаки Коши. Единственное отличие – все дела у нас происходят под знаком модуля.

Итак, решаем наш предел:

(1) Составляем отношение следующего члена ряда к предыдущему.

(2) Избавляемся от четырехэтажности дроби.

(3) В числителе по правилу действий со степенями «отщипываем» один «икс». В знаменателе возводим двучлен в квадрат.

(4) Выносим оставшийся «икс» за знак предела, причем, выносим его вместе со знаком модуля. Почему со знаком модуля? Дело в том, что наш предел и так будет неотрицательным, а вот «икс» вполне может принимать отрицательные значения. Поэтому модуль относится именно к нему.

Кстати, почему можно вообще вынести за знак предела? Потому-что «динамической» переменной в пределе у нас является «эн», и от этого нашему «иксу» ни жарко ни холодно.

(5) Устраняем неопределенность стандартным способом.

После того, как предел найден, нужно проанализировать, что у нас получилось.

Если в пределе получается ноль, то алгоритм решения заканчивает свою работу, и мы даём окончательный ответ задания: «Область сходимости степенного ряда: » (любое действительное число – случай №2 предыдущего параграфа). То есть, степенной ряд сходится при любом значении «икс». Ответ можно записать эквивалентно: «Ряд сходится при» (значокв математике обозначает принадлежность).

Если в пределе получается бесконечность, то алгоритм решения также заканчивает свою работу, и мы даём окончательный ответ задания: «Ряд сходится при » (или прилибо»). Смотрите случай №3 предыдущего параграфа.

Если в пределе получается не ноль и не бесконечность, то у нас самый распространенный на практике случае №1 – ряд сходится на некотором интервале.

В данном случае предел равен . Как найти интервал сходимости ряда? Составляем неравенство:

В ЛЮБОМ задании данного типа в левой части неравенства должен находиться результат вычисления предела, а в правой части неравенства – строго единица. Не буду объяснять, почему именно такое неравенство и почему справа единица. Уроки носят практическую направленность, и уже очень хорошо, что от моих рассказов не повесился профессорско-преподавательский состав стали понятнее некоторые теоремы.

Техника работы с модулем и решения двойных неравенств подробно рассматривалась на первом курсе в статье Область определения функции, но для удобства я постараюсь максимально подробно закомментировать все действия. Раскрываем неравенство с модулем по школьному правилу . В данном случае:

 – интервал сходимости исследуемого степенного ряда.

Половина пути позади.

На втором этапе необходимо исследовать сходимость ряда на концах найденного интервала.

Сначала берём левый конец интервала и подставляем его в наш степенной ряд:

При 

Получен числовой ряд, и нам нужно исследовать его на сходимость (уже знакомая из предыдущих уроков задача).

Используем признак Лейбница: 1) Ряд является знакочередующимся. 2) – члены ряда убывают по модулю. Каждый следующий член ряда по модулю меньше, чем предыдущий, значит, убывание монотонно.

Вывод: ряд сходится.

Исследуем ряд на абсолютную сходимость: – сходится (случай обобщенного гармонического ряда).

Таким образом, полученный числовой ряд сходится абсолютно.

Далее рассматриваем правый конец интервала , подставляем это значение в наш степенной ряд:

При – сходится.

Таким образом, степенной ряд сходится на обоих концах найденного интервала.

Ответ: Область сходимости исследуемого степенного ряда: 

Имеет право на жизнь  и другое оформление ответа: Ряд сходится, если 

Иногда в условии задачи требуют указать радиус сходимости. Очевидно, что в рассмотренном примере .

Пример 2

Найти область сходимости степенного ряда 

Решение: Найдем интервал сходимости данного ряда. Используем признак Даламбера:

Составляем стандартное неравенство:  Ряд сходится при 

Слева нам нужно оставить только , поэтому умножаем обе части неравенства на 3:

И раскрываем неравенство с модулем по правилу :– интервал сходимости исследуемого степенного ряда.

Исследуем сходимость степенного ряда на концах найденного интервала. 1) При 

Обратите внимание, что при подстановке значения в степенной ряду нас сократилась степень. Это верный признак того, что мы правильно нашли интервал сходимости ряда.

Исследуем полученный числовой ряд на сходимость.

Используем признак Лейбница.  – Ряд является знакочередующимся. – – члены ряда убывают по модулю. Каждый следующий член ряда по модулю меньше, чем предыдущий, значит, убывание монотонно. Вывод: Ряд сходится.

Исследуем ряд на абсолютную сходимость: Сравним данный ряд с расходящимся рядом.  Используем предельный признак сравнения:Получено конечное число, отличное от нуля, значит, рядрасходится вместе с рядом.

Таким образом, ряд сходится только условно.

2) При – расходится (по доказанному).

Ответ: Область сходимости исследуемого степенного ряда: . Приряд сходится только условно.

В рассмотренном примере областью сходимости степенного ряда является полуинтервал, причем во всех точках интервала степенной рядсходится абсолютно (см. предыдущий параграф), а в точке , как выяснилось –сходится только условно.

Пример 3

Найти интервал сходимости степенного ряда и исследовать его сходимость на концах найденного интервала 

Это пример для самостоятельного решения.

Рассмотрим пару примеров, которые встречаются редко, но встречаются.

Пример 4

Найти область сходимости ряда: 

Решение: Найдем интервал сходимости данного ряда. Используем признак Даламбера:

(1) Составляем отношение следующего члена ряда к предыдущему.

(2) Избавляемся от четырехэтажности дроби.

(3) Кубы ипо правилу действий со степенями подводим под единую степень. В числителе хитро раскладываем степень, т.е. раскладываем таким образом, чтобы на следующем шаге сократить дробь на. Факториалы расписываем подробно.

 (4) Под кубом почленно делим числитель на знаменатель, указывая, что . В дроби сокращаем всё, что можно сократить. Множительвыносим за знак предела, его можно вынести, поскольку в нём нет ничего, зависящего от «динамической» переменной «эн». Обратите внимание, что знак модуля не нарисован – по той причине, чтопринимает неотрицательные значения при любом «икс».

В пределе получен ноль, а значит, можно давать окончательный ответ:

Ответ: Ряд сходится при 

А сначала-то казалось, что этот ряд со «страшной начинкой» будет трудно решить. Ноль или бесконечность в пределе – почти подарок, ведь решение заметно сокращается!

Пример 5

Найти область сходимости ряда 

Это пример для самостоятельного решения. Будьте внимательны ;-) Полное решение ответ в конце урока.

Рассмотрим еще несколько примеров, содержащих элемент новизны в плане использования технических приемов.

Пример 6

Найти интервал сходимости ряда и исследовать его сходимость на концах найденного интервала 

Решение: В общий член степенного ряда входит множитель , обеспечивающий знакочередование. Алгоритм решения полностью сохраняется, но при составлении пределамы игнорируем (не пишем) этот множитель, поскольку модуль уничтожает все «минусы».

Найдем интервал сходимости данного ряда. Используем признак Даламбера:

Составляем стандартное неравенство: Ряд сходится при Слева нам нужно оставить только модуль, поэтому умножаем обе части неравенства на 5: Теперь раскрываем модуль уже знакомым способом:

В середине двойного неравенства нужно оставить только «икс», в этих целях из каждой части неравенства вычитаем 2:

 – интервал сходимости исследуемого степенного ряда.

Исследуем сходимость ряда на концах найденного интервала:

1) Подставляем значение в наш степенной ряд:

 

Будьте предельно внимательны, множитель не обеспечивает знакочередование, при любом натуральном «эн». Полученный минус выносим за пределы ряда и забываем про него, поскольку он (как и любая константа-множитель) никак не влияет на сходимость или расходимость числового ряда.

Еще раз заметьте, что в ходе подстановки значения в общий член степенного ряда у нас сократился множитель. Если бы этого не произошло, то это бы значило, что мы либо неверно вычислили предел, либо неправильно раскрыли модуль.

Итак, требуется исследовать на сходимость числовой ряд . Здесь проще всего использовать предельный признак сравнения и сравнить данный ряд с расходящимся гармоническим рядом. Но, если честно, предельный признак сравнения до ужаса мне надоел, поэтому внесу некоторое разнообразие в решение.

Используем интегральный признак. Подынтегральная функция непрерывна на.Таким образом, полученный числовой ряд расходится вместе с соответствующим несобственным интегралом.

2) Исследуем второй конец интервала сходимости. При 

Используем признак Лейбница:  – Ряд является знакочередующимся. – – члены ряда убывают по модулю. Каждый следующий член ряда по модулю меньше, чем предыдущий, значит, убывание монотонно. Вывод: ряд сходится

Рассматриваемый числовой ряд не является абсолютно сходящимся поскольку  – расходится (по доказанному).

Ответ: – область сходимости исследуемого степенного ряда, приряд сходится только условно.

studfiles.net