Nekonečné číselné řady. January 21, 2015



Podobné dokumenty
1 Posloupnosti a řady.

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

Matematika 2 LS 2012/13. Prezentace vznikla na základě učebního textu, jehož autorem je doc. RNDr. Mirko Rokyta, CSc. J. Stebel Matematika 2

11. Číselné a mocninné řady

Michal Fusek. 10. přednáška z AMA1. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek 1 / 62

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

1 Základní pojmy a vlastnosti Význačnéřady Základnívlastnostiřad... 3

LEKCE10-RAD Otázky

Nechť je číselná posloupnost. Pro všechna položme. Posloupnost nazýváme posloupnost částečných součtů řady.

Petr Hasil. c Petr Hasil (MUNI) Nekonečné řady MA III (M3100) 1 / 183

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Kapitola 15. Číselné řady Základní pojmy. Definice Symbol a 1 + a 2 + +a n +,kde n N, a n R,se. nazývá číselná řada.

To je samozřejmě základní pojem konvergence, ale v mnoha případech je příliš obecný a nestačí na dokazování některých užitečných tvrzení.

Posloupnosti a jejich limity

(verze 12. května 2015)

Přednáška 6, 6. listopadu 2013

1. Posloupnosti čísel

Otázky k ústní zkoušce, přehled témat A. Číselné řady

Funkcionální řady. January 13, 2016

Zobecněný Riemannův integrál

Určete (v závislosti na parametru), zda daný integrál konverguje, respektive zda konverguje. dx = t 1/α 1 dt. sin x α dx =

Požadavky k ústní části zkoušky Matematická analýza 1 ZS 2014/15

Spojitost a limita funkce

Matematická analýza pro informatiky I. Limita posloupnosti (I)

Číselné posloupnosti

MATEMATIKA B 2. Integrální počet 1

Přednáška 6, 7. listopadu 2014

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Kristýna Suchanová. Přírodovědná studia, obor Matematika

Posloupnosti a jejich konvergence

MA2, M2. Kapitola 1. Funkční posloupnosti a řady. c 2009, analyza.kma.zcu.cz

Posloupnosti a jejich konvergence POSLOUPNOSTI

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

f konverguje a g je omezená v (a, b), pak také konverguje integrál b a fg. Dirichletovo kritérium. Necht < a < b +, necht f : [a, b) R je funkce

Limita posloupnosti, limita funkce, spojitost. May 26, 2018

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

Konvergence kuncova/

2. Funkční řady Studijní text. V předcházející kapitole jsme uvažovali řady, jejichž členy byla reálná čísla. Nyní se budeme zabývat studiem

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

Limita a spojitost funkce. 3.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P3.1]

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Posloupnosti a řady funkcí. študenti MFF 15. augusta 2008

Kapitola 1. Funkční posloupnosti a řady

17. Posloupnosti a řady funkcí

ŘADY KOMPLEXNÍCH FUNKCÍ

Derivace a monotónnost funkce

Číselné posloupnosti. H (å) a. a å

Základy matematické analýzy

Otázky z kapitoly Posloupnosti

INTEGRÁLY S PARAMETREM

Funkce. Limita a spojitost

Jednou z nejdůležitějších funkcí, které se v matematice a jejích aplikacích používají je

Základy matematiky pro FEK

Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

Petr Hasil. Prvákoviny c Petr Hasil (MUNI) Úvod do infinitezimálního počtu Prvákoviny / 57

Diferenciální rovnice a jejich aplikace. (Brkos 2011) Diferenciální rovnice a jejich aplikace 1 / 36

MATEMATIKA B 2. Metodický list č. 1. Název tématického celku: Význam první a druhé derivace pro průběh funkce

Matematika (KMI/PMATE)

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

MATEMATIKA 1B ÚSTAV MATEMATIKY

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

MATEMATICKÁ ANALÝZA 1, NMMA101, ZIMNÍ SEMESTR POPIS PŘEDMĚTU A INFORMACE K ZÁPOČTU A KE ZKOUŠCE

Matematická analýza I Martin Klazar (Diferenciální počet funkcí jedné reálné proměnné)

1 Topologie roviny a prostoru

Definice. Na množině R je dána relace ( R R), operace sčítání +, operace násobení a množina R obsahuje prvky 0 a 1 tak, že platí

MATEMATIKA I DIFERENCIÁLNÍ POČET I FAKULTA STAVEBNÍ MODUL BA01 M05, GA01 M04 LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Matematika V. Dynamická optimalizace

7B. Výpočet limit L Hospitalovo pravidlo

Komplexní čísla, Kombinatorika, pravděpodobnost a statistika, Posloupnosti a řady

Posloupnosti a řady. a n+1 = a n + 4, a 1 = 5 a n+1 = a n + 5, a 1 = 5. a n+1 = a n+1 = n + 1 n a n, a 1 = 1 2

9. Vícerozměrná integrace

p 2 q , tj. 2q 2 = p 2. Tedy p 2 je sudé číslo, což ale znamená, že

MATEMATICKÁ ANALÝZA 1 - ZIMNÍ SEMESTR PŘEDNÁŠKA

Matematický seminář. OVO ŠVP Tématický celek Učivo ŠVP Integrace Mezipředmětové vztahy. jejich soustavy. Spojitost funkce v bodě. Limita funkce v bodě

Význam a výpočet derivace funkce a její užití

10 Určitý integrál Riemannův integrál. Definice. Konečnou posloupnost {x j } n j=0 nazýváme dělením intervalu [a,b], jestliže platí

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Riemannův určitý integrál

Téma 22. Ondřej Nývlt

Z transformace. Definice. Z transformací komplexní posloupnosti f = { } f n z n, (1)

Limita posloupnosti a funkce

+ n( 1)n+1 (x 7) n, poloměr konvergence 6. 3.Poloměr konvergence je vždy +. a) f(x) = x n. (x 7) n, h(x) = 7 + 7(n+1)( 1) n. ( 1)n

I. D i s k r é t n í r o z d ě l e n í

ČÍSELNÉ RADY. a n (1) n=1

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

Kombinatorika, pravděpodobnost a statistika, Posloupnosti a řady

p(x) = P (X = x), x R,

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Univerzita Karlova Pedagogická fakulta. Katedra matematiky a didaktiky matematiky BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Posloupnosti - rozšiřující učební text

f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. f(x) = (cos x) cosh x + 3x a nalezněte rovnici tečen ke grafu této funkce v bodech f(x) = (sin x) x2 + 3 cos x

2. přednáška 8. října 2007

9. Vícerozměrná integrace

Aplikovaná numerická matematika - ANM

Součet řady je definován jediným možným rozumným

0.1 Úvod do matematické analýzy

Uzavřené a otevřené množiny

Aplikovaná matematika I, NMAF071

HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

Transkript:

Nekonečné číselné řady January 2, 205 IMA 205

Příklad 0 = 0 + 0 +... + 0 +... =? n= IMA 205

Příklad n= n 2 + n = 2 + 6 + 2 +... + n 2 +... =? + n s = 2 s 2 = 2 3... s 3 = 3 4 IMA 205

Příklad (pokr.) = s n = n i= n i= n i n i 2 + i = ( i ) = i + i= i= i + = n + = n n + IMA 205

Definice (Součet řady) Součet nekonečné řady je definován prostřednictvím limity posloupnosti částečných součtů jako Příklad (dokončení) n= lim s n. n 2 + n = lim s n = lim n n + =. IMA 205

Definice ( Konvergence řady) Má-li posloupnost částečných součtů konečnou limitu, tzn. lim s n = s, pak říkáme, že řada je konvergentní. Pokud uvedená limita neexistuje nebo je nevlastní, pak říkáme, že řada je divergentní. IMA 205

(Geometrická řada) a + a.q + a.q 2 + + a.q n + geometrická řada konverguje ak a = 0, q R a 0, q <. součet je 0 a q IMA 205

Příklad + + +... + +... s =, s 2 = 2...s n = n lim s n = + +...( ) n+ +... s =, s 2 = 0...s 2n+ =, s 2n = 0 lim s n neexistuje + 2 + 4 +... + 2 n +... geom. řada, q = 2 (, ) řada konverguje + 4 3 + 6 9 +... + ( 4 3) n +... geom. řada, q = 4 3 (, ) řada diverguje IMA 205

Definice (Absolutní konvergence) Pokud konverguje řada n= n= a n, přičemž říkáme, že řada Pokud konverguje řada říkáme, že řada n= n= a n, potom konverguje také řada n= a n konverguje absolutně. a n, avšak řada n= a n diverguje, pak a n konverguje neabsolutně (relativně). IMA 205

Definice (Podmínky konvergence) U konvergentních řad lze zavést tzv. zbytek řady po n-tém součtu jako R n = s s n, podmínku konvergence řady lze vyjádřit také tak, že nekonečná řada konverguje právě tehdy, pokud k libovolnému kladnému číslu ε existuje takové N (ε), že pro libovolné n > N (ε) platí nerovnost R n = s s n < ε. IMA 205

Věta (Nutná podmínka konvergence řady) Jestliže řada a n konverguje, potom lim a n = 0. IMA 205

Příklad (Nutná podmínka konvergence řady) řada + 2 + 3 2 +... + n 2 + diverguje řada n= ale řada n 2 +n konverguje n= lim lim n DIVERGUJE!! n 2 =. n 2 + n = 0. lim n = 0, IMA 205

Věta (Nutná a postačující podmínka konvergence řady) Pokud součet řady a n vyjádříme ve tvaru s = s n + R n, kde s n je n-tý částečný součet a R n je zbytek řady po n-tém částečném součtu, pak nutnou a postačující podmínku konvergence této řady lze vyjádřit vztahem lim R n = lim (s s n) = 0 Nutná a postačující podmínka konvergence bývá také vyjadřována ve formě tzv. Bolzanova-Cauchyova kritéria. Podle něj je nekonečná řada konvergentní právě tehdy, existuje-li k libovolnému ε > 0 takové číslo N (ε), že pro libovolná m > N (ε), n > N (ε) platí s m s n < ε IMA 205

( Kritéria konvergence) IMA 205

Věta ( Srovnávací kritérium) Při srovnávacím (porovnávacím) kritériu uvažujeme dvě řady s kladnými členy a n, b n, přičemž pro všechna n platí a n < b n. Řadu a n označujeme jako minorantní řadu (minorantu) k řadě bn a řadu b n jako majorantní řadu (majorantu) k řadě a n. Potom platí, že pokud konverguje majoranta, tzn. b n, konverguje také minoranta, tedy a n. Diverguje-li minoranta an, diverguje také majoranta, tedy b n. Příklad ( Srovnávací kritérium) porovnejte s n= n= (n+) 2 n porovnejte s n= n= n n 2 +n IMA 205

Věta ( Podílové kritérium) Při podílovém (d Alembertově) kritériu konverguje řada s kladnými členy a n tehdy, existuje-li reálné číslo q < a přirozené číslo n 0, takové, že pro každé n > n 0, platí a n+ a n < q. Pokud je a n+ a n, pak řada diverguje. Věta ( Limitní podílové kritérium) Zavedeme-li pro řadu s kladnými členy a n veličinu L = lim, pak dostáváme tzv. limitní podílové kritérium a n+ a n konvergence, podle kterého je řada a n konvergentní pro L <, divergentní pro L >, a pro L =, může být konvergentní nebo divergentní. IMA 205

Příklad (Podílové kritérium) n= n= (n!) 2 (2n)! a n+ lim a n n n+ = lim ((n+)!) 2 (2n+2)! (n!) 2 (2n)! = 4 < řada konverguje a n+ lim a n = lim n+ n+2 n n+ = neumíme rozhodnout, ale lim a n = 0 z nutní podm. konvergence: řada diverguje IMA 205

Příklad (Podílové kritérium, pokr.) n= n! n n n= a n+ lim a n n = lim (n+)! (n+) n+ n! n n = e < řada konverguje a n+ lim a n = lim n+ n Z předch. příkladu víme, že řada diverguje. = neumíme rozhodnout. IMA 205

Příklad (Podílové kritérium, pokr.) n= n 2 +n a n+ lim a n = lim (n+) 2 +n+ n 2 +n Z předch. příkladu víme, že řada konverguje = neumíme rozhodnout. IMA 205

Věta ( Odmocninové kritérium) Při odmocninovém (Cauchyově) kritériu uvažujeme, že řada s kladnými členy a n konverguje, pokud existuje reálné číslo q < a přirozené číslo n 0, že pro každé n > n 0, platí n a n < q. Pro n an řada diverguje. Věta ( Limitní odmocninové kritérium) Pokud pro řadu s kladnými členy a n zavedeme K = lim n an, pak můžeme použít limitní odmocninové kritérium, podle kterého je řada konvergentní pro K <, divergentní pro K > a pro K = může konvergovat nebo divergovat. IMA 205

Příklad ( Odmocninové kritérium) řada 5 + 52 lim 2 2 53 n an+ = lim 3 +... + ( ) 3 ( ) n 5 n n n 5n n n +... je konvergentní n n = lim 5 n = 0 IMA 205

Věta ( Raabeovo kritérium) Podle Raabeova kritéria je řada s kladnými členy a n konvergentní tehdy, pokud existuje takové přirozené číslo n 0, že pro všechna n > n 0, platí n( a n+ a n ) >. Jestliže n( a n+ a n ), pak řada a n diverguje. Věta ( Limitní Raabeovo kritérium) Jestliže pro řadu s kladnými členy a n zavedeme M = lim n( a n+ a n ), pak na základě limitního Raabeova kritéria určíme, že řada konverguje pro M >, diverguje pro M < a pro M = může konvergovat i divergovat. IMA 205

Věta ( Integrální kritérium) Nechť a n je řada s kladnými členy, jejíž členy lze vyjádřit jako a n = f (n). Pokud ve funkci f (n), nahradíme diskrétní proměnnou n, spojitou proměnnou x, přičemž f (x), bude spojitou a nerostoucí funkcí na intervalu a, ), kde a > 0, pak podle tzv. integrálního kritéria je řada a n konvergentní tehdy, pokud konverguje integrál f (x)dx. Pokud integrál a f (x)dx diverguje, pak a diverguje také řada a n. IMA 205

Příklad ( Integrální kritérium) n= n= n n 2 lim x x lim x n = lim (ln x ln ) = x x řada diverguje ( n 2 = lim ) = x x řada konverguje IMA 205

Příklad ( Integrální kritérium, pokr.) n, p > p n= lim x x ( ) n p = lim x p (p )x p = p řada konverguje IMA 205

Věta ( Leibnitzovo kritérium) Pro alternující řady, které zapíšeme jako n= ( ) n+ a n, kde a n > 0, lze použít Leibnitzovo kritérium. Podle tohoto kritéria konverguje uvedená alternující řada tehdy, pokud a > a 2 > a 3 >... a zároveň lim a n = 0. Příklad ( Leibnitzovo kritérium) 2 + 3 4 +... + ( )n+ n +... n > n + a lim a n = lim n = 0 řada konverguje, ale relativně. IMA 205

(Operace s nekonečnými řadami) součet a n = a + a 2 + + a n + n=0 b n = b + b 2 + + b n + n=0 (a n + b n) = (a + b ) + (a 2 + b 2 ) + + (a n + b n) + n=0 rozdíl (a n b n) = (a b ) + (a 2 b 2 ) + + (a n b n) + n=0 IMA 205

(Operace s nekonečnými řadami) součin (a.b ) + (a.b 2 + a 2.b ) + (a.b 3 + a 2.b 2 + a 3.b ) + + přerovnání +(a.b n + a 2.b n + a 3.b n 2 + + a n.b ) + IMA 205

(Výpočet součtu a odhad součtu, příklady) IMA 205

(Alternující řady) Nechť posloupnost {a n } n= je nerostoucí s limitou 0. Potom pro součet a n tý částečný součet s n řady a a 2 + a 3 a 4 + + ( ) n a n + platí s s n a n+. Uvažujme o řadě 2 + 3 2 4 2 3 + + ( ) n 2 2 + n Pro limitu n tého člena platí lim a n = 0 a posloupnost je nerostoucí, co zjistíme porovnáním n tého a n + ního členu v abs. hodnotě (proč abs. hodnota?): a n a n+ n 2 n+ n 2 2 n n n 2 n.(n + ) 2n n + n. Poslední nerovnost ukazuje, že posloupnost je nerostoucí pro všechny přirozené čísla. Proto součet prvních n členů se liší od nekonečného součtu maximálně o n+ 2. Součet prvních 0 n členů se liší od součtu max. o 2. 0 n IMA 205

(Odhad pomocí geom. řady) Nechť řada n= a n je absolutně konvergentní a nechť existují a > 0, q < také, že a n+k a.q k pro k =, 2,. Potom pro součet a n tý částečný součet s n řady platí s s n a q. Uvažujme o řadě +! + 2! + + +. Udělejte odhad chyby, které se n! dopustíme, když sečteme prvních 5 členů. Z předchozích příkladů víme, že se jedná o abs. konvergentní řadu. Pro (4 + k)! platí: (4 + k)! =.2.3.4.5.6. (4 + k).2.3.4.5.6.6.6..6 = 5!.6 k. Potom pro k =, 2, (4 + k)! 5! ( ) k. 6 Aplikujeme předošlé tvrzení o odhadu a dostáváme: 5! s s 5 6 s 65 24 5! 6 IMA 205 = 6 5.5! = 00.

(Odhad pomocí integrálu) Nechť řada n= a n je absolutně konvergentní a nechť existuje nerostoucí funkce f (x) taká, že f (n) = a n pro n N, přičemž N je přirozené číslo. Potom pro součet a N tý částečný součet s N řady platí s s N lim x x N f (t)dt. Nechť α >. Víme, že α + 2 α + + n α +. Udělejte odhad chyby, které se dopustíme, když sečteme prvních N členů. Aplikujeme předošlé tvrzení o odhadu a dostáváme: s s N lim x x [ ] x dt = lim tα x ( α)t α N N [ ] lim x ( α)x α ( α)n α = = (α )N α. IMA 205