KOLOKWIUM II

2008/2009

∞

(−4) n⋅ x 2n

Zad.2.Wyznaczyć zbiór tych x∈ R , dla których szereg ∑

jest

n

2n

=1

zbieżny ( ustalić także rodzaj zbieżności). Podać promień zbieżności tego szeregu oraz obliczyć jego sumę wewnątrz przedziału zbieżności.

1. Chcąc wyznaczyć promień zbieżności szeregu potęgowego zgodnie z twierdzeniem Cauchy'ego-Hadamarda, muszę uporządkować wyrazy szeregu aby wyraźnie zauważyć a oraz f n

( x)

∞

∞

∑ (−4) n⋅(( x−0)2) n (−4) n

=∑

⋅(( x−0)2) n f ( x) n

2n

2n

=1

n=1

an

Teraz wyliczę odwrotność promienia zbieżności.

a

(−4 n+1)

2n

(−4 n)⋅(−4)

2n

λ=lim ∣ n+1∣=lim ∣

⋅

∣=lim ∣

⋅

∣=¿

n →∞

a

2

2n

n

n→∞

( n+1) (−4) n

n→∞

(−4) n

+2

(−4 n)⋅(−4)

2n

1

lim ∣

⋅

∣=∣−4∣=4 ⇒ Rx 2=

n→∞

(−4) n

1

4

2n(1+

)

2n

1

[∞ ]=0

2. Szukam środka przedziału zbieżności dla x 2

( x−0)2=0 ⇒ x=0

1 1

1

1

x 2

1 1

∈(− ; ) i x 2≥0 ⇒ x 2∈〈0 ; 〉−{ }⇒ dla x∈(− ; ) szereg jest 4 4

4

4

2 2

bezwzględnie zbieżny.

Rx

x

-0,5

0

0,5

KOLOKWIUM II

2008/2009

3.Sprawdzam zbieżność na krańcach.

1

• x=−

b

2

n

−1 2n

1 n

(−4) n⋅(

)

(4) n⋅( ) ⋅(−1) n

∞

∞

∞

∞

∑

2

4

(−1) n

1

=∑

∑

=∑

⋅(−1) n

2n

2n

2n

2n

n=1

n=1

n=1

n=1

Z kryterium Leibnitza dla szeregu przemiennego 1

1

1

*czy bn > 0 ? TAK, ponieważ b =

⩾

= >0

n

2n 2⋅1 2

ciąg stały

*czy bn jest malejący? TAK, ponieważ bn=

b jest zbieżny

ciąg rosnący

n

1

1

*czy lim b

b =lim

=[

n =0 ? TAK, lim

n

∞ ]=0

n→∞

n→∞

n→∞ 2n

Czy okaże się to zbieżność bezwzględna? Liczę :

∞

∞

∑ 1

1

1

∣

⋅(−1) n∣= ∑

α=1 szereg rozbieżny

n

2n

2

=1

n=1 n 1

1

Dla x=−

podany szereg jest jedynie zbieżny warunkowo.

2

1

• x= 2

1 2n

1 n

(−4) n⋅( )

(4) n⋅( ) ⋅(−1) n

∞

∞

∞

∞

∑

2

4

(−1) n

1

=∑

∑

=∑

⋅(−1) n

2n

2n

2n

2n

n=1

n=1

n=1

n=1

1

1

Widać, że ostateczna forma szeregu dla x=

jest identyczna jak dla x=−

,

2

2

a więc dla x 1

=

szereg podany w treści zadania jest również zbieżny warunkowo.

2

4. Wyznaczam sumę szeregu:

∞

x 2n

∞

x

∞ x

S ( x)= ∑ (−4) n⋅

= ∑ (−4) n∫ t 2n−1 dt= ∑ ∫ (−4) n t 2n−1 dt =

n=1

2n n=1

0

n=1 0

KOLOKWIUM II

2008/2009

∞

x

∞

x

= ∑∫ (−1) n⋅22n t 2n−1 dt=∑∫ (−1) n⋅22n−1⋅2⋅ t 2n−1 dt =

n=1 0

n=1 0

∞

x

x

= 2 ∑∫ (−1) n⋅(2t)2n−1 dt=2∫(−2t+8t3−32t5+128t7−...) dt =

n=1 0

0

a

z sumy ciągu geometrycznego dla ∣ q∣<1⇒ S ( x)=

1

1− q

a =−2t , q=−4t2

1

x

−2t

= 2∫

dt = 4t2+1= u,8 tdt= du ,t=0→ u=1, t= x→ u=4x2+1 =

0 1+ 4t 2

1 4x2+1 1

1

1

1

= −

∫ du=− [ln∣ u∣]4x2+1=− (ln∣4x2+1∣−ln∣1∣)=− ln∣4x2+1∣

2

u

2

1

2

2

1

ln 1=0 ! !

∞ (−4) n⋅ x 2n

1 1

Odpowiedź: Szereg ∑

jest bezwzględnie zbieżny dla x∈(− ; ) n=1

2n

2 2

i zbieżny warunkowo na krańcach tego przedziału. Promień zbieżności wynosi 1

1

R =

. Suma szeregu równa się S ( x)=− ln∣4x2+1∣ .

x

2

2

Karolina Grynowiecka, gr. 10