如何使用积分测试来确定系列的收敛或发散:从n = 1到无穷大的总和?

如何使用积分测试来确定系列的收敛或发散:从n = 1到无穷大的总和?
Anonim

回答:

拿积分 #^ INT_1 ^ ooxe#-xdx,这是有限的,并注意它的界限 #sum_(n = 2)^ oo n e ^( - n)#。因此,它是收敛的 #sum_(n = 1)^ oo n e ^( - n)# 也是。

说明:

积分测试的正式声明表明如果 #fin 0, )rightarrowRR# 单调递减函数是非负的。然后总和 #sum_(N = 0)^ OOF(n)的# 当且仅当如此 # “SUP” _(N> 0)^ INT_0 NF(x)的DX# 是有限的。 (Tau,Terence。分析I,第二版。印度斯坦书局.2009)。

这个陈述似乎有点技术性,但这个想法如下。在这种情况下考虑功能 #F(X)= XE ^( - x)的#,我们注意到 #X> 1#,这个功能正在减少。我们可以通过获得衍生物来看到这一点。 #F'(X)= E ^( - x)的-xe ^( - X)=(1-x)的E 1( - X)<0#从那以后 #X> 1#所以 #(1-X)<0##E ^( - X)> 0#.

因此,我们注意到任何 #ninNN _(> = 2)#1,oo中的#x)# 这样的 #X <= N# 我们有 #F(X)> = F(N)#。因此 #int_第(n-1)^ NF(x)的DX> = int_第(n-1)^ NF(n)的DX = F(N)#所以 #sum_(N = 1)^ NF(N)<= F(1)+ sum_(N = 2)^ Nint_第(n-1)^ NF(x)的DX = F(1)+ INT_1 ^ NF(x)的DX#.

#INT_1 ^ OOF(x)的DX = INT_1 ^ ooxe ^( - x)的DX = -int_(X = 1)^ ooxde ^( - X)= - XE ^( - x)|的_1 ^ OO + INT_1 ^ OOE ^ (-x)DX##= - XE ^( - X)-e ^( - x)|的^ oo_1 = 2 / E# 使用部件集成和那些 #lim_(xrightarrowoo)E 1 -x = lim_(xrightarrowoo)XE ^ -x = 0#.

以来 #F(X)> = 0#, 我们有 #E / 2 = INT_1 ^ OOF(x)的DX> = INT_1 ^ NF(x)的DX#所以 #sum_(N = 1)^ NF(N)<= F(1)+ 2 / E = 3 / E#。以来 #F(N)> = 0#, 该系列 #sum_(N = 1)^ NF(n)的# 增加为 #N# 增加。因为它受到了限制 #3 / E#,它必须收敛。因此 #sum_(N = 1)^ OOF(n)的# 收敛。