1. Trang chủ
  2. » Khoa Học Tự Nhiên

BÀI TẬP VÀ BÀI GIẢI CHUỖI SỐ CHUỖI HÀM ppt

16 24,2K 851

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 16
Dung lượng 143,62 KB

Nội dung

å hội tụ theo tiêu chuẩn D’Alembert... Giả sử åan hội tụ.. và åManhội tụ nên åa bn n hội tụ, do đó åa bn n hội tụ... CMR åa bn n hội tụ.. Suy ra lúc đó å an phân kỳ... CM ann å hội tụ...

Trang 1

CHUỖI SỐ – CHUỖI HÀM

<VI.1> Tính tổng n

n 1 x

¥

=

å với : a) n

n

x =q (| q | 1)< b) xn 1

n(n 1)

= + c) xn 21 (n 2)

- d)

n

1 x

=

Giải:

Đặt Sn =x1+x2+ + xn

n n

1 q

1 q

n

n 1

q

x lim S

1 q

¥

®¥

=

b) Ta có xk 1 1 ,

k k 1

=

-+ từ đó

Sn 1 1 1 1 1 1 1 1

n

n 1

¥

®¥

=

å

c) Ta có xk 21 1 1 1 , k 2

Sn x2 x3 xn 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1

+

n n

n

n 1

¥

®¥

=

å

d) Ta có

k

x

k k 1

+

+

1 1

-+

+

1 1

n 1

=

-+

Trang 2

Vậy n n

n

n 1

¥

®¥

=

å

<VI.2> Khảo sát sự hội tụ của các chuỗi sau : a) 2

n 1

1 n

¥

=

å b) n

n 1

1 2

¥

=

å

c) n

n 1

n 2

¥

=

å d)

n 1

1 n

¥

=

å e)

n 2

1

ln n

¥

=

å f) n n n

n 1

6

¥

=

+

Giải:

a) 12 1

n £n(n 1)

+ , " ³n 1 và

n 1

1 n(n 1)

¥

=

-å hội tụ nên 2

n 1

1 n

¥

=

å hội tụ

b) n

n 1

1 2

¥

=

å =åqn với 0 q 1 1

2

< = < nên n

n 1

1 2

¥

=

å hội tụ

c) do

( )

2

0 2

= ® nên n2

0

n 2 , n n< " ³

Từ đó

n 2

0

, n n

hay

( )n 0 n

, n n

( )n

1 2

å hội tụ nên n

n 1

n 2

¥

=

å hội tụ

d) đặt Sn 1 1 1

với 0 1

2

e = , và mọi số nguyên nỴ N lây n N³ và m =2n thì Sm Sn 1 1 1 1( )

do đó theo tiêu chuẩn Cauchy, ( )Sn n không hội tụ, nên 1

n

å phân kỳ e) Từ n ln n , n 2> ³ ta có 1 1

ln n >n

mà 1

n

å phân kỳ nên

n 2

1

ln n

¥

=

å phân kỳ

Trang 3

f) Với xn 2n n3n 1n 1n

+

= = + và các chuỗi : 1n

3

å và 1n

2

å hội tụ

Vậy n n n

n 1

6

¥

=

+

å hội tụ

<VI.3> Chứng minh rằng chuỗi:

1 2.4 2.4.6

1.3 1.3.5

+ + + phân kỳ

Giải:

Số hạng tổng quát xn 2.4.6 2n

1.3.5 (2n 1)

=

- >1

Þ dãy ( )xn n không có giới hạn là 0 nên n

1 x

¥

å phân kỳ

<VI.4> Cho ( )n

n 1 a

¥

=

å và ( )n

n 1 b

¥

=

å với an ³0 "n

bn ³0 "n

và n ( )

n n

a

b

®¥ = ³ CMR a) c 0= , và ( )n

n 1 b

¥

=

å hội tụ thì ( )n

n 1 a

¥

=

å hội tụ

b) c= ¥, và ( )n

n 1 b

¥

=

å phân kỳ thì ( )n

n 1 a

¥

=

å phân kỳ

c) 0 c< < ¥ thì ( )n

n 1 a

¥

=

å và ( )n

n 1 b

¥

=

å cùng bản chất, nghĩa là cùng phân kỳ hay cùng hội tụ, lúc đó sẽ ghi a ~ b (nn n ® ¥)

Giải:

a) do n n n

a

b

®¥ = nên $n0 sao cho 0 a£ n £b , n nn " ³ 0 Vậy ( )n

n 1 b

¥

=

å hội tụ dẫn đến ( )n

n 1 a

¥

=

å hội tụ

b) do n n n

a lim b

®¥ = ¥ nên $n0 sao cho bn £an ," ³n n0

Vậy ( )n

n 1 b

¥

=

å phân kỳ dẫn đến ( )n

n 1 a

¥

=

å phân kỳ

c) n n n

a

b

®¥ = với 0 c< < ¥,$n0:

cbn an 3c.bn

2 £ £ 2 , " ³n n0

Trang 4

nếu ( )n

n 1 b

¥

=

å hội tụ thì n

n 1

3c b 2

¥

=

å hội tụ, do đó ( )n

n 1 a

¥

=

å hội tụ

nếu ( )n

n 1 b

¥

=

å phân kỳ thì n

n 1

c b 2

¥

=

å phân kỳ do đo ( )n

n 1 a

¥

=

å phân kỳ

<VI.5> Khảo sát sự hội tụ của các chuỗi sau:

a) 1

n(n 1)+

å b) 1 2

1 n+

å

c)

( )n

1

ln n

å d)

2

1 n(n n )+

å

e) n!2

n

å f) 1

n ln n

å

g) xnn (x 0)

å h) xn

n!

å

i) 2

n 4

2n 1

¥

=

+

å j)

n 1

1 sin

¥

=

p

Giải:

n

n 1

1 n

¥

=

å phân kỳ nên

n 1

1 n(n 1)

¥

= +

å phân kỳ b) 1 2 12

1 n £n

1 n+

å hội tụ

c) Đặt

( )

1 x

ln n

= ta có

n

1

ln n ®¥

= ® (< 1)

( )n

1

ln n

å hội tụ

2 2

~ n(n n )+ n (n® ¥) nên

2

1 n(n n )+

å hội tụ

e) xn n!2

n

= từ đó ( )

( )

n 1

2 n

n 1 !

+ +

+

n

å phân kỳ f) Xét

1

n

n ln n

n

Trang 5

mà 1

n

å phân kỳ, vậy 1

n ln n

å phân kỳ

g) xnn

n

å hội tụ theo tiêu chuẩn Cauchy

h) xn

n!

å hội tụ theo tiêu chuẩn D’Alembert

i) do 22n 1 ~ 1(n )

+

å phân kỳ

j) Xét

n 2

1 sin

n

®¥

p

p

nên n sin ~ 12 (n )

p

® ¥ Vậy 1sin

p

å hội tụ

< VI.6> Cho chuỗi số

p

n 1

1.3.5 (2n 1) 2.4.6 2n

¥

=

å

Chứng minh rằng chuỗi hội tụ khi và chỉ khi p > 2 Giải:

Đặt

p p

n

1.3.5 (2n 1) x

2.4.6 2n

ta có 2

n

=

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

+

1 12 1 12 1 1 2 1

+

do

( )2

k 1

¥

=

nên 2

n

2 2n 1

³

+ mà vì 1 1

2 2n 1+

å phân kỳ, ta có 2

n x

å phân kỳ

Từ đó suy ra

p 2£ : ta có p 2

x ³x nên p

n 1 x

¥

å phân kỳ

p 2> :

Trang 6

Ta có

p

+

( )p2

1 2n 1

£ +

1 (2n 1)

¥

= +

å hội tụ (p 1)

2 > , nên p

n

n 1 x

¥ +

å hội tụ

<VI.7> Khảo sát sự hội tụ tuyệt đối của a)

( )

2n 1 2n 1 x ( 1)

2n 1 !

+ +

-+

å b)

( )

n

n 1

n

x ( 1)

x 2

+

-+

å

Giải:

a) Đặt

( ) ( )

2n 1 2n 1

2n 1 n

x x

a ( 1)

2n 1 ! 2n 1 !

+ +

+

Ta có

( ) ( ) ( )( )

n 1

n

a

+ +

+

Vậy åan hội tụ với " Ỵx hay

( )

2n 1 2n 1 x ( 1)

2n 1 !

+ +

-+

å hội tụ tuyệt đối tại " Ỵx

b) Đặt

( )

n n

n 1

x x

+

n

n

x a

x 2

= +

Ta có x 1 x x 2

+

Û > -x 1

x 1 x 1

x 2 > Û < -+

x = -1 thì an =1 nên åan phân kỳ

Vậy

( )

n

n 1

n

x ( 1)

x 2

+

-+

å hội tụ tuyệt đối khi và chỉ khi x > -1

Trang 7

<VI.8> Cho ( )bn n bị chặn và an ³ "0, n Giả sử åan hội tụ CMR åa bn nhội tụ Giải:

Do ( )bn n bị chặn nên $ >M 0 : | b | M,n £ "n

nên M.an ³| a b |,n n "n (an ³0)

và åManhội tụ nên åa bn n hội tụ, do đó åa bn n hội tụ

<VI.9> Xét tính hội tụ của ( )k

p

ln n n

å với k 1> và p 1>

Giải:

Với p > 1, ta có p 1= + a trong đó a >0 Xét

( )

( )

k

k p

n 2 1

2

ln n

ln n

n n

a ®¥

a +

a

1 2

1 n

a +

å hội tụ, nên ( )k

p

n 2

ln n n

¥

=

å hội tụ

<VI.10> Khảo sát tính hội tụ của

n 2

1

( , 0)

n ln n

¥

a b

=

a b >

å

Giải:

Xét hàm số f (x) 1

x ln xa b

= xác định trên [2, )¥ và là hàm số giảm

Hơn nữa ở bài tập tích phân, ta có

a >1

2

dx

x ln x

¥

a b

ị hội tụ

a <1

2

dx

x ln x

¥

a b

ị phân kỳ

a =1

- b >1

2

dx

x ln x

¥

a b

ị hội tụ

- b £1

2

dx

x ln x

¥

a b

ị phân kỳ Từ đó

n 2

1

n ln n

¥

a b

=

å hội tụ khi và chỉ khi a >1 hay a =1 và b >1

Trang 8

<VI.11> Cho 2

n a

å và 2

n b

å hội tụ CMR åa bn n hội tụ Giải:

Ta có 2n 2n

n n

2

+

mà 2

n a

n b

å hội tụ nên 2 2

a +b

å hội tụ và do đó a2n b2n

2

+

å hội tụ vậy

n n

a b

å hội tụ, suy ra åa bn n hội tụ

<VI.12> Cho an ³ "0, n và åan phân kỳ CMR n

a

1 a

¥

= +

å phân kỳ, còn n

2

a

1 n a

¥

= +

å hội tụ

Giải:

Giả sử n

n n

a

0

1 a ®®¥

+ , nếu ngược lại thì n

a

1 a

¥

= +

å phân kỳ

Ta có : "e >0 , đặt '

1

e

e = + e

n '

0

n

a

n : n 0

1 a

+

an ' ' , n n0

1

e

Vậy n

n lim a =0

từ đó an £ a , n Nn " ³ 0 (N0 đủ lớn)

Suy ra lúc đó å an phân kỳ

Hơn nữa n n

+ Và n

n n

a

1 a ³ 2

+ nếu an = 0

do 1 an 2

å phân kỳ nên n

n

a

1 a+

å phân kỳ

Dễ dàng kiểm chứng n

n

1 a n £ n "

+ từ đó do 12

n

å hội tụ, ta có n

2 n

a

1 n a+

å hội tụ

Trang 9

<VI.13> Cho an ³0, "n và åanhội tụ CM an

n

å hội tụ Giải:

Từ ( )2

n

å hội tụ

Theo <V.11>, an

n

å hội tụ

<VI.14> Tìm miền hội tụ của : a) ånxn b) xnn

n

å

c) å2 x- n n d) 2xn

n +2n

å

Giải:

n

®¥

= Þ = ® tại x= ±1 chuỗi phân kỳ Vậy miền hội tụ của ånxn là (-1,1)

chuỗi xnn

n

å có miền hội tụ là (-¥ +¥, )

1

2

å2 x- n n hội tụ trên "x :| x | 2< và phân kỳ với "x :| x | 2>

x=-2 : ( )n

n

2 2

-å phân kỳ

X= 2 : 2nn

2

å phân kỳ Vậy miền hội tụ là (-2, 2)

n n

a x

å hội tụ với "x : | x | 1<

và phân kỳ với "x : | x | 1>

tại x= ±1 chuỗi hội tụ

Trang 10

Vậy miền hội tụ là [-1,1]

<VI.15> Tìm miền hội tụ của a) xn

n

å b) åx ln nn

c)

( )

n x 4n 1 !

-å d)

( )

n n 2 x 2n 7 !+

Giải:

a) Bán kính hội tụ là R = 1

x 1= chuỗi phân kỳ

x= -1 chuỗi hội tụ (theo Leibnitz) miền hội tụ là [ 1,1)

-b) Bán kính hội tụ là R=1 tại x= ±1 chuỗi phân kỳ

Miền hội tụ là (-1, 1)

c)

( )

n

1 a

4n 1 !

=

n 1 n

4n 1 !

+

Bán kính hội tụ R= ¥ Miền hội tụ là (-¥ +¥, )

d)

( )

n n

2 a

2n 7 !

= + thì

( ) ( ) ( )( )

n 1

n 1

n n

2n 7 !

+

miền hội tụ là (-¥ +¥, )

<VI.16> Chứng minh rằng n

n 0 x

¥

=

å hội tụ đều trên [0, ]1

2 và không hội tụ đều trên (0, 1)

Giải:

Ta có

n n

ỉ ư

£ç ÷ " Ỵ

è ø Và 1n

2

å hội tụ nên åxn hội tụ đều trên [0,1

2]

n

S (x) 1 x x= + + + + x

1 xn 1

1 x

+

-=

-x (0,1)

n

1

1 x

-xét S (x)n 1 xn 1

+

Trang 11

-với n cho trước, ta có : n

x 1

x lim

1 x

® = ¥

- nên x : xn 1

1 x

Vậy Sn(x) không hội tụ đều về S(x) trên (0, 1)

<VI.17> CMR ( ) n

n 0

1 x x

¥

=

-å không hội tụ đều trên [0, 1]

Giải:

n

k 0

1 x

1 x

+

¥

+

=

S (x) 0n = tại x 1= Vậy S (x)n S(x) 1, x 1

0 , x 1

¹ ì

do đó : ( ) n

n

f (x)= -1 x x liên tục trên [0, 1] và S(x)không liên tục trên [0, 1] nên

n

S (x) không hội tụ đều về S(x) trên [0, 1]

<VI.18> Chứng minh 2 1 2

n +x

å hội tụ đều trên [0, )¥ Giải:

do åan hội tụ nên åf (x)n hội tụ đều

<VI.19> Chứng minh sin nx

n n

å hội tụ đều trên Giải:

Với f (x)n sin nx

n n

=

do f (x)n 1

n n

£ và 1

n n

å hội tụ nên åf (x)n hội tụ đều

<VI.20> Xét tính hội tụ đều của åx en - nx trên [0,¥) Giải:

Xét hàm số n nx

n

f (x) x e= - ta có ' nx n nx

f (x) nx e= - - -nx e

=nx en 1- -nx(1 x- )

Trang 12

n

0 f (x) e£ £ - , " Ỵx [0,¥) mà åe-n hội tụ vậy åf (x)n hội tụ đều

<VI.21> Chứng minh chuỗi xnn

1 x+

å hội tụ đều trên mọi đoạn [0, c] với 0 c 1< < , nhưng không hội tụ đều trên [0,1)

Giải:

Với mọi số c (0,1)Ỵ Xét hàm số f (x)n xn n

1 x

= + tăng (theo biến x)

c

1 x

+

Do åcn hội tụ nên åf (x)n hội tu đều trên [0, c]

Xét trên [0, 1) Đặt n n k k

k 1

x

S (x)

1 x

=

= +

å

m, n

" cho trước ta có

m n n 1n 1 m 1m 1 ( )

do nn

x 1

lim

® = + nên x [0,1 :) xn n 1

+ vậy åf (x)n không hội tụ đều trên [0, 1)

<VI.22> Cho 2

n 1

1

f (x)

1 n x

¥

=

= +

å

a) Tìm miền xác định của f

b) Xét tính liên tục của f

Giải:

a)

x = 0 , chuỗi không hội tụ nên f không xác định

x 0 1 +¥

' n

f (x) + 0 -

n

f (x) e-n

0 0

Trang 13

x 12

n

= - , số hạng tổng quát 12

1 n x+ không xác định, hàm số không xác định

x \{0, 1 1 1, 2, 2 , }

1 2 3

2

1

1 n x+

å hội tụ tuyệt đối , f xác định

Vậy miền xác đinh của f là D \{0, 1 1 1, 2 , 2 , }

1 2 3

b) Lấy x0 bất kỳ trên D

Tồn tại a bỴ, : x0Ỵ a b Ì[ ], D

Do f (x)n 12

1 n x

= + giảm (theo biến x) trên [ ]a b, nên

[ ]

f ( ) f (x) f ( ), xb £ £ a " Ỵ a b " Ỵ N, , n , vì vậy f (x)n £max( f ( ) , f ( ) ) an b n a = n Trong đó an = f ( )n a hay an = f ( )n b và có åan hội tụ Suy ra åf (x)n hội tụ đều trên [ ]a b, , mà các hàm fn liên tục trên [ ]a b, , vậy f liên tục trên [ ]a b, Tức là f liên tục tai x0 và do đó f liên tục trên D

<VI.23>Xét tính liên tục của f (x) 3nx2 3

=

+

å trên [0,¥) Giải:

Với x 0³ thì : 3nx2 3 nx32 x22

+ Với bất kỳ x 0³ tồn tại a > 0 thỏa 0 x a£ £ nên

0 3nx2 3 n.a32 a22

+ mà a22

n

å hội tụ nên 3nx2 3

x +n

å hội tụ đều trên [0, a]

suy ra f (x) 3nx2 3

=

+

å liên tục trên [0, a] (vì f (x)n 3nx2 3

= + liên tục, "n)

Þf liên tục tại moi xỴ[0,¥)

<VI.24> Tính đạo hàm của f (x) 2 1 2

=

+

å

Giải:

Trang 14

với f (x)n 21 2

= + ta có

'

2x

f (x)

-= + nên '

2 | x |

f (x)

n

£ với x0Ỵ cho trước

' n

f (x)

å hội tụ đều trên [x0-1, x0+1]

åf (x)n hội tụ đều trên [x0-1, x0+1], ta lại có các hàm '

n

f liên tục nên

'

'

vậy

'

2

2x

+

<VI.25> Tính các tổng vô hạn:

a) -2x 4x+ 3-6x5+ + - ( 1) 2k.xk 2k 1- | x | 1<

b) 1 2x 3x2 32 nxn 1n

-+ + + + + | x | a<

c) x x2 x3 xn

+ + + + + | x | 1<

Giải:

a) Xét chuỗi n 2n 1

n 1 ( 1) 2nx

¥

-=

-å (1) | x | 1<

n

f (x) ( 1) 2nx= - - có một nguyên hàm là

n 2n n

F (x) ( 1) x= - Chuỗi (1) có bán kính hội tụ là R = 1, nên với mọi x0Ỵ -( 1,1)

0

-(1) hội tụ đều trên [-a a, ] Hơn nữa åF (x)n cũng hội tụ trên [-a a, ] nên:

=

=

S (x) F (x) F (x)n = 1 + + n

2

1 ( x )

1 x

1

x

1 x

¥

®¥

-+

å

Trang 15

nên

' 2

f (x)

¥ = -ỉ ư =

å

b) Chuỗi cho có dạng åf (x)n với

f (x)n nxn 1n

a

-= với | x | a<

có nguyên hàm là F (x)n xnn x n, x 1

ỉ ư

è ø Lý luận như trên :

' n

f (x)

=çç ç ÷ ÷÷ =

-è ø

c) Chuỗi đã cho có dạng n

n 1

f (x)

¥

=

å với

n x n 1

n

0

x

n

do n 1

n 1 t

¥

-=

å hội tụ đều trên [0, x], với | x | 1<

n

f (x) ¥ t dt- ¥ t - dt

x ( )

0

dt

ln 1 x

1 t

-ị

<VI.26> Cho n 2n 1

n 0

x

f (x) ( 1)

(2n 1)!

+

¥

=

-+

å

và n 2n

n 0

x

(2n)!

¥

=

-a) CMR f (0) 0= và f (0) 1= b) f ,g khả vi trên và f (x) g(x)''

g (x) f (x)

ï í

=

Giải:

a) Bạn đọc tự kiểm tra

b) Các chuỗi f (x),g(x) có bán kính hội tụ là R= ¥ nên hội tụ đều trên mọi đoanj

[ ]a, b Các hàm thành phần

( )

2n 1 n

n

x

f (x) ( 1)

2n 1 !

+

=

và n 2n

n

x

g (x) ( 1)

(2n)!

Trang 16

khả vi liên tục trên

Do '

f (x) g (x)= và '

g (x)= -f (x)

-Sự hội tụ đều của f (x),g(x) dẫn đến sự hội tụ đều của '

n

f (x)

n

g (x)

å

Từ đó

'

f (x)=ỉ f (x)ư = f (x)= g (x) g(x)=

'

g (x)=ỉ g (x)ư = + g (x)= - f (x)= -f (x)

Ngày đăng: 30/03/2014, 08:20

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w