9.4: Vipimo vya kulinganisha
- Tumia mtihani wa kulinganisha ili kupima mfululizo wa kuunganisha.
- Tumia mtihani wa kulinganisha kikomo ili kuamua muunganiko wa mfululizo.
Tumeona kwamba mtihani muhimu inaruhusu sisi kuamua muunganiko au tofauti ya mfululizo kwa kulinganisha na muhimu kuhusiana yasiyofaa. Katika sehemu hii, tunaonyesha jinsi ya kutumia vipimo vya kulinganisha ili kuamua muunganiko au tofauti ya mfululizo kwa kulinganisha na mfululizo ambao muunganiko au tofauti yake hujulikana. Kwa kawaida vipimo hivi hutumiwa kuamua muunganiko wa mfululizo ambao ni sawa na mfululizo wa kijiometri aup -mfululizo.
Mtihani wa kulinganisha
Katika sehemu mbili zilizopita, tulijadili madarasa mawili makubwa ya mfululizo: mfululizo wa kijiometri nap -mfululizo. Tunajua hasa wakati mfululizo huu hujiunga na wakati wanapotofautiana. Hapa tunaonyesha jinsi ya kutumia muunganiko au upatanisho wa mfululizo huu ili kuthibitisha muunganiko au tofauti kwa mfululizo mwingine, kwa kutumia njia inayoitwa mtihani wa kulinganisha.
Kwa mfano, fikiria mfululizo
∞∑n=11n2+1.
Mfululizo huu unaonekana sawa na mfululizo unaobadilika
∞∑n=11n2
Kwa kuwa maneno katika kila mfululizo ni chanya, mlolongo wa kiasi cha sehemu kwa kila mfululizo ni kuongezeka kwa monotone. Aidha, tangu
0<1n2+1<1n2
kwa integers wote chanyan, jumla yakth sehemuSk ya∞∑n=11n2+1 satisfies
Sk=k∑n=11n2+1<k∑n=11n2<∞∑n=11n2.
(Angalia Kielelezo9.4.1a na Jedwali9.4.1.) Tangu mfululizo juu ya haki hujiunga, mlolongoSk umefungwa hapo juu. Tunahitimisha kwambaSk ni monotone kuongeza mlolongo kwamba ni imepakana juu. Kwa hiyo, kwa Theorem Monotone Convergence,Sk converges, na hivyo
∞∑n=11n2+1
hukutana.
Vile vile, fikiria mfululizo
∞∑n=11n−1/2.
Mfululizo huu unaonekana sawa na mfululizo tofauti
∞∑n=11n.
Mlolongo wa kiasi cha sehemu kwa kila mfululizo ni monotone kuongezeka na
1n−1/2>1n>0
kwa kila integer chanyan. Kwa hiyo, jumla yakth sehemuSk ya
∞∑n=11n−1/2
hushibisha
Sk=k∑n=11n−1/2>k∑n=11n.
(Angalia Kielelezo9.4.1n na Jedwali9.4.1). Kwa kuwa mfululizo∞∑n=11n unajitokeza kwa infinity, mlolongo wa kiasi cha sehemuk∑n=11n ni unbounded. Kwa hiyo,Sk ni mlolongo unbounded, na kwa hiyo diverges. Tunahitimisha kwamba
∞∑n=11n−1/2
hutengana.

k | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
k∑n=11n2+1 | 0.5 | 0.7 | 0.8 | 0.8588 | 0.8973 | 0.9243 | 0.9443 | 0.9597 |
k∑n=11n2 | 1 | 1.25 | 1.3611 | 1.4236 | 1.4636 | 1.4914 | 1.5118 | 1.5274 |
k | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
k∑n=11n−1/2 | 2 | 2.6667 | 3.0667 | 3.3524 | 3.5746 | 3.7564 | 3.9103 | 4.0436 |
k∑n=11n | 1 | 1.5 | 1.8333 | 2.0933 | 2.2833 | 2.45 | 2.5929 | 2.7179 |
- Tuseme kuna integerN such that 0≤an≤bn for all n≥N. If ∞∑n=1bn converges, then ∞∑n=1an converges.
- Tuseme kuna integerN such that an≥bn≥0 for all n≥N. If ∞∑n=1bn diverges, then ∞∑n=1an diverges.
Sisi kuthibitisha sehemu i. ushahidi wa sehemu ya ii. ni contrapositive ya sehemu i. basiSk be the sequence of partial sums associated with ∞∑n=1an, and let L=∞∑n=1bn. Since the terms an≥0,
Sk=a1+a2+⋯+ak≤a1+a2+⋯+ak+ak+1=Sk+1.
Kwa hiyo, mlolongo wa kiasi cha sehemu huongezeka. Zaidi ya hayo, tanguan≤bn for all n≥N, then
k∑n=Nan≤k∑n=Nbn≤∞∑n=1bn=L.
Kwa hiyo, kwa wotek≥1,
Sk=(a1+a2+⋯+aN−1)+k∑n=Nan≤(a1+a2+⋯+aN−1)+L.
Tangua1+a2+⋯+aN−1 is a finite number, we conclude that the sequence Sk is bounded above. Therefore, Sk is an increasing sequence that is bounded above. By the Monotone Convergence Theorem, we conclude that Sk converges, and therefore the series ∞∑n=1an converges.
□
Kutumia mtihani wa kulinganisha ili kuamua muunganiko au tofauti ya mfululizo∞∑n=1an, it is necessary to find a suitable series with which to compare it. Since we know the convergence properties of geometric series and p-series, these series are often used. If there exists an integer N such that for all n≥N, each term an is less than each corresponding term of a known convergent series, then ∞∑n=1an converges. Similarly, if there exists an integer N such that for all n≥N, each term an is greater than each corresponding term of a known divergent series, then ∞∑n=1an diverges.
Kwa kila mfululizo wafuatayo, tumia mtihani wa kulinganisha ili uone kama mfululizo unajiunga au hupungua.
- ∞∑n=1=1n3+3n+1
- ∞∑n=1=12n+1
- ∞∑n=2=1lnn
Suluhisho
a. kulinganisha na∞∑n=11n3. Kwa kuwa∞∑n=11n3 nip -mfululizo nap=3, hujiunga. Zaidi ya hayo,
1n3+3n+1<1n3
kwa kila integer chanyan. Kwa hiyo, tunaweza kuhitimisha kwamba∞∑n=11n3+3n+1 hujiunga.
b. kulinganisha na∞∑n=1(12)n. Kwa kuwa∞∑n=1(12)n ni mfululizo wa kijiometrir=12 na na|12|<1, hujiunga. Pia,
12n+1<12n
kwa kila integer chanyan. Kwa hiyo, tunaona kwamba∞∑n=112n+1 hujiunga.
c. kulinganisha na∞∑n=21n. Tangu
1lnn>1n
kwa kila integern≥2 na∞∑n=21n diverges, tuna kwamba∞∑n=21lnn diverges.
Tumia mtihani wa kulinganisha ili uone ikiwa mfululizo∞∑n=1nn3+n+1 unajiunga au unapungua.
- Kidokezo
-
Pata thamanip kama hiyonn3+n+1≤1np.
- Jibu
-
Mfululizo hujiunga.
Limit kulinganisha mtihani
mtihani kulinganisha kazi vizuri kama tunaweza kupata mfululizo kulinganishwa kuridhisha hypothesis ya mtihani. Hata hivyo, wakati mwingine kutafuta mfululizo sahihi inaweza kuwa vigumu. Fikiria mfululizo
∞∑n=21n2−1.
Ni kawaida kulinganisha mfululizo huu na mfululizo unaobadilika.
∞∑n=21n2.
Hata hivyo, mfululizo huu haikidhi hypothesis muhimu kutumia mtihani wa kulinganisha kwa sababu
1n2−1>1n2
kwa integers woten≥2. Ingawa tunaweza kuangalia kwa mfululizo tofauti na ambayo kulinganisha∞∑n=21n2−1, badala sisi kuonyesha jinsi tunaweza kutumia kikomo kulinganisha mtihani kulinganisha
∞∑n=21n2−1
na
∞∑n=21n2.
Hebu tuchunguze wazo nyuma ya mtihani wa kulinganisha kikomo. Fikiria mbili mfululizo∞∑n=1an∞∑n=1bn na. kwa maneno mazurianbn na kutathmini
limn→∞anbn.
Kama
limn→∞anbn=L≠0,
basi, kwan kutosha kubwa,an≈Lbn. Kwa hiyo, ama mfululizo wote hujiunga au mfululizo wote hutofautiana. Kwa mfululizo∞∑n=21n2−1 na∞∑n=21n2, tunaona kwamba
limn→∞1/(n2−1)1/n2=limn→∞n2n2−1=1.
Tangu∞∑n=21n2 converges, sisi kuhitimisha kwamba
∞∑n=21n2−1
hukutana.
Mtihani wa kulinganisha kikomo unaweza kutumika katika kesi nyingine mbili. Tuseme
limn→∞anbn=0.
Katika kesi hii,an/bn ni mlolongo imepakana. Matokeo yake, kuna mara kwa maraM kama hiyoan≤Mbn. Kwa hiyo, ikiwa∞∑n=1bn hujiunga, kisha∞∑n=1an hujiunga. Kwa upande mwingine, tuseme
limn→∞anbn=∞.
Katika kesi hii,an/bn ni mlolongo unbounded. Kwa hiyo, kwa kila maraM kuna integerN kama hiyoan≥Mbn kwa woten≥N. Kwa hiyo,∞∑n=1bn ikiwa hupungua,∞∑n=1an kisha hupungua pia.
Hebuan,bn≥0 kwa woten≥1.
- Ikiwalimn→∞anbn=L≠0, basi∞∑n=1an na∞∑n=1bn wote wawili hujiunga au wote wawili wanatofautiana.
- Ikiwalimn→∞anbn=0 na∞∑n=1bn hujiunga, kisha∞∑n=1an hujiunga.
- Ikiwalimn→∞anbn=∞ na∞∑n=1bn hutofautiana, basi∞∑n=1an hupungua.
Kumbuka kwamba ikiwaanbn→0 na∞∑n=1bn hutofautiana, mtihani wa kulinganisha kikomo hautoi habari. Vile vile, ikiwaanbn→∞ na∞∑n=1bn hujiunga, mtihani pia hautoi habari. Kwa mfano, fikiria mfululizo mbili∞∑n=11√n na∞∑n=11n2. Mfululizo huu ni wotep -mfululizop=12 nap=2, kwa mtiririko huo. Tangup=12<1, mfululizo∞∑n=11√n hupungua. Kwa upande mwingine, tangup=2>1, mfululizo∞∑n=11n2 hujiunga. Hata hivyo, tuseme tulijaribu kutumia mtihani wa kulinganisha kikomo, kwa kutumia pmfululizo wa mfululizo∞∑n=11n3 kama mfululizo wetu wa kulinganisha. Kwanza, tunaona kwamba
1/√n1/n3=n3√n=n5/2→∞ as n→∞.
Vile vile, tunaona kwamba
1/n21/n3=n→∞ as n→∞.
Kwa hiyo, kamaanbn→∞ wakati∞∑n=1bn converges, hatuwezi kupata taarifa yoyote juu ya muunganiko au tofauti ya∞∑n=1an.
Kwa kila moja ya mfululizo wafuatayo, tumia mtihani wa kulinganisha kikomo ili uone kama mfululizo unajiunga au hupungua. Ikiwa mtihani hautumiki, sema hivyo.
- ∞∑n=11√n+1
- ∞∑n=12n+13n
- ∞∑n=1ln(n)n2
Suluhisho
a. kulinganisha mfululizo huu kwa∞∑n=11√n. Tumia
limn→∞1/(√n+1)1/√n=limn→∞√n√n+1=limn→∞1/√n1+1/√n=1.
Kwa mtihani wa kulinganisha kikomo,∞∑n=11√n tangu hupungua, kisha∞∑n=11√n+1 hupungua.
b. kulinganisha mfululizo huu kwa∞∑n=1(23)n. Tunaona kwamba
limn→∞(2n+1)/3n2n/3n=limn→∞2n+13n⋅3n2n=limn→∞2n+12n=limn→∞[1+(12)n]=1.
Kwa hiyo,
limn→∞(2n+1)/3n2n/3n=1.
Tangu∞∑n=1(23)n hujiunga, tunahitimisha kuwa∞∑n=12n+13n hujiunga.
c. tangulnn<n, kulinganisha na∞∑n=11n. Tunaona kwamba
limn→∞lnn/n21/n=limn→∞lnnn2⋅n1=limn→∞lnnn.
Ili kutathminilimn→∞lnn/n, tathmini kikomo kamax→∞ ya kazi halisi ya thamaniln(x)/x. Mipaka hii miwili ni sawa, na kufanya mabadiliko haya inatuwezesha kutumia utawala wa L'Hôpital. Tunapata
limx→∞lnxx=limx→∞1x=0.
Kwa hiyolimn→∞lnnn=0, na, kwa hiyo,
limn→∞(lnn)/n21/n=0.
Kwa kuwa kikomo ni0 lakini∞∑n=11n kinapungua, mtihani wa kulinganisha kikomo haitoi taarifa yoyote.
Linganisha na∞∑n=11n2 badala yake. Katika kesi hiyo,
limn→∞(lnn)/n21/n2=limn→∞lnnn2⋅n21=limn→∞lnn=∞.
Kwa kuwa kikomo ni∞ lakini∞∑n=11n2 hujiunga, mtihani bado hautoi taarifa yoyote.
Kwa hiyo sasa tunajaribu mfululizo kati ya mbili ambazo tayari tumejaribu. Kuchagua mfululizo∞∑n=11n3/2, tunaona kwamba
limn→∞(lnn)/n21/n3/2=limn→∞lnnn2⋅n3/21=limn→∞lnn√n.
Kama hapo juu, ili kutathminilimn→∞lnn√n, tathmini kikomo kamax→∞ ya kazi halisi ya thamanilnn√n. Kwa kutumia utawala wa L'Hôpital,
limx→∞lnx√x=limx→∞2√xx=limx→∞2√x=0.
Kwa kuwa kikomo ni0 na∞∑n=11n3/2 hujiunga, tunaweza kuhitimisha kwamba∞∑n=1lnnn2 hujiunga.
Tumia mtihani wa kulinganisha kikomo ili uone kama mfululizo∞∑n=15n3n+2 unajiunga au hupungua.
- Kidokezo
-
Linganisha na mfululizo wa kijiometri.
- Jibu
-
Mfululizo hutofautiana.
Dhana muhimu
- Vipimo vya kulinganisha hutumiwa kuamua kuunganishwa au kutofautiana kwa mfululizo na maneno mazuri.
- Wakati wa kutumia vipimo vya kulinganisha, mfululizo mara nyingi∞∑n=1an hulinganishwa na kijiometri aup -mfululizo.
faharasa
- mtihani wa kulinganisha
- Ikiwa0≤an≤bn kwa woten≥N na∞∑n=1bn hujiunga, basi∞∑n=1an hujiunga; ikiwaan≥bn≥0 kwa woten≥N∞∑n=1bn na hupungua, basi∞∑n=1an hupungua.
- mtihani wa kulinganisha kikomo
- Tusemean,bn≥0 kwa woten≥1. Ikiwalimn→∞an/bn→L≠0, basi∞∑n=1an na∞∑n=1bn wote wawili hujiunga au wote wawili wanatofautiana; ikiwalimn→∞an/bn→0 na∞∑n=1bn hujiunga, kisha∞∑n=1an hujiunga. Ikiwalimn→∞an/bn→∞, na∞∑n=1bn hupungua, basi∞∑n=1an hupungua.