- •Федеральное агентство морского и речного
- •1.1. Сходимость числового ряда
- •Частичные суммы образуют числовую последовательность; эта последовательность может иметь конечный или бесконечный предел, либо не иметь предела.
- •1.3. Ряд, образованный геометрической прогрессией
- •1.4. Остаток ряда
- •1.5. Арифметические свойства сходящихся рядов
- •1.6. Ассоциативность сходящихся рядов
- •1.7. Признаки сравнения положительных рядов
- •1.8. Радикальный признак сходимости Коши
- •1.9. Признак сходимости Даламбера Теорема. Пусть для ряда с положительными членамисуществует предел отношения последующего члена ряда к предыдущему, равный:
- •2) Ряд расходится, если .
- •1.10. Интегральный признак сходимости Коши
- •Тогда ряд сходится или расходится одновременно с несобственным интегралом .
- •1.11. Знакочередующиеся ряды
- •1.12. Абсолютная и условная сходимость
1.11. Знакочередующиеся ряды
Определение.
Пусть задана
последовательность
,
в которой все члены положительны. Ряды
(13)
и
(14)
называются
знакочередующимися.
Ряды (13) и (14) отличаются только постоянным
множителем
и с точки зрения сходимости ведут себя
одинаково.
Теорема (признак Лейбница). Пусть члены знакочереду- ющегося ряда (13) удовлетворяют двум условиям:
модули членов ряда монотонно убывают:
;
2)
.
Тогда
ряд (13)
сходится, и его сумма
удовлетворяет неравенству
(для
ряда (14),
соответственно,
).
Доказательство.
Докажем
сначала сходимость последовательности
частичных сумм с четными номерами
.
Имеем:
![]()
— сумма
положительных слагаемых, так что
,
и последовательность
возрастает. С другой стороны
,
причем
значение каждой разности в скобках
положительно; следовательно,
.
Итак, последовательность
возрастает и ограничена сверху числом
;
по теореме Вейерштрасса существует
предел
.
Докажем
теперь, что последовательность частичных
сумм с нечетными номерами имеет тот же
предел
:
![]()
.
Значит и вся последовательность частичных сумм
![]()
имеет
предел
. ■
Определение. Знакочередующийся ряд, удовлетворяющий условиям признака Лейбница называется рядом типа Лейбница.
Следствие
для остатка ряда типа Лейбница. Оценим
погрешность, получающуюся при замене
суммы
ряда типа Лейбница (13) на частичную сумму
,
то есть погрешность приближенного
равенства
,
получаемую при отбрасывании остатка
ряда
![]()
.
(15)
Отброшенный
остаток также является рядом типа
Лейбница, и потому для его суммы
выполняется неравенство:
.
По теореме об остатке ряда (п. 1.4):
,
так что
—погрешность
не превосходит модуля первого отброшенного
члена.
Пример. Рассмотрим знакочередующийся ряд
.
Последовательность
монотонно стремится к нулю. По признаку
Лейбница ряд сходится.
Отметим,
что знакочередующиеся ряды могут
сходиться весьма медленно, и для
обеспечения требуемой на практике
точности приближенного равенства
нужно включать в частичную сумму большое
число слагаемых.
1.12. Абсолютная и условная сходимость
Определение. Ряд
(16)
называется знакопеременным, если среди его членов присутствуют как положительные, так и отрицательные числа (в произвольном порядке).
Рассмотрим наряду со знакопеременным рядом (16) ряд, составленный из модулей его членов:
.
(17)
Определение. Если ряд (17), составленный из модулей, сходится, то ряд (16) называется абсолютно сходящимся.
Теорема. Если знакопеременный ряд (16) является абсолютно сходящимся, то он сходится (в обычном смысле).
Доказательство.
Пусть
— частичная сумма исходного ряда (16);
— частичная сумма ряда (17).
По
условию существует конечный предел
,
причем при всех
:
.
Обозначим через
сумму положительных слагаемых, входящих
в
,
а через
— сумму модулей отрицательных слагаемых,
входящих в
.
Тогда
.
Последовательности
и
монотонно возрастают и ограничены
сверху числом
:
,
и
.
Поэтому у них существуют конечные
пределы:
,
.
Тогда
.
Значит,
ряд (16) сходится. Его сумма равна
.■
Определение. Знакопеременный ряд (16) называется условно сходящимся, если он сходится, но не является абсолютно сходящимся, то есть если ряд (17), составленный из модулей его членов, расходится.
Условная сходимость ряда (16) связана в первую очередь не с тем, что его слагаемые быстро стремятся к нулю, а лишь с тем, что в частичных суммах слагаемые разных знаков в значительной мере взаимно погашают друг друга.
Пример. Рассмотрим снова знакочередующийся ряд
.
(*)
Как уже известно, этот ряд сходится. В то же время ряд, составленный из модулей,
![]()
является гармоническим и потому расходится. Следовательно, ряд (*) сходится условно.
Отметим без доказательства, что абсолютно сходящиеся ряды ведут себя аналогично суммам с конечным числом слагаемых:
1) при любой перестановке членов сходимость таких рядов не нарушается, и сумма не изменяется;
2) ряды можно перемножать почленно, располагая попарные произведения в любом порядке, например,
![]()
;
при этом сумма ряда, полученного почленным перемножением, равна произведению сумм исходных рядов.
Напротив, сходимость условно сходящихся рядов имеет в некотором смысле случайный характер и связана с конкретным порядком следования членов ряда. Отметим, что имеет место следующая
Теорема.Если ряд сходится условно, то за счет изменения порядка следования членов, можно обеспечить как сходимость ряда к любому наперед заданному значению суммы, так и расходимость ряда(cм., например, [3] ).
