Series
1.1 Series
1 X n=1
De…nición 1.1. Una serie de números reales es una expresión de la forma a1 + a2 + + an +
1 P
=
an
donde an 2 R es el n-ésimo termino de la serie La expresión Sn =
n!1 k=1 n P
n=1
an , para todo n 2 N.
n=1 1 P
ak es llamada la n-ésima suma parcial de la serie
n=1 1 X n=1 1 P
an , para todo
n 2 N. Si lim Sn = S2 R, entonces
an es llamada convergente y an = S.
1 P
n!1
lim Sn =
El número real S es llamada la suma de la serie llamada divergente.
an . Si no existe S, entonces la serie es
n=1
Ejemplo 1.1. Un ejemplo de una serie in…nita es la serie geométrica a + ar + ar +
2
+ ar
n 1
+
=
1 X n=1
arn
1
a 6= 0
La serie geométrica es convergente si jrj < 1 y susuma es
1 X n=1
arn
1
=
a 1 r
jrj < 1
Si jrj
1, la serie geométrica es divergente.
1 X1 1 1 =1+ + + n 2 3 n=1
Ejemplo 1.2. La serie armónica
es divergente.
1
MATEMATICAS II MA123G
1 P
Teorema 1.1. Si la serie
an es convergente, entonces lim an = 0.
n!1
n=1
n=1
Teorema 1.2 (Test de Divergencia). Si lim an no existe o si lim an 6= 0, entonces laserie n!1 n!1 1 P an es divergente.
n=1 1 P
Teorema 1.3. Si
an y
c es una constante), 1. 2. 3.
1 P
n=1
can = c
n=1 1 P
n=1
1 P
1 P
n=1
(an + bn ) y
1 P
bn son series convergentes, entonces las series
n=1 1 P
n=1
(an
bn ), también convergen, y
1 P
can (donde
an
1 P
(an + bn ) = (an bn ) =
an + an
n=1 1 P
n=1 1 P
n=1 1 P
1P
bn bn
n=1
n=1
n=1
1.2
Criterios de la Razón y la Raíz
n=1 1 P
Teorema 1.4 (Criterio de la Razón). Sea
an una serie de términos distintos de cero y an+1 an
L = lim entonces: 1. Si L < 1, la serie
1 P
n!1
an es convergente.
1 P
n=1
2. Si L > 1 o L = +1, la serie
an es divergente.
1 P
n=1
Teorema 1.5 (Criterio de la Raíz). Sea
an una serie detérminos distintos de cero y p n jan j
n=1
L = lim entonces: 1. Si L < 1, la serie
1 P
n!1
an es convergente.
1 P
n=1
2. Si L > 1 o L = +1, la serie
an es divergente.
n=1
Ejemplo 1.3. Determine si la serie es convergente o divergente (a)
1 P 5n . n=1 n!
Elaborado por el Lic. Pablo J. Galarreta A.
2
MATEMATICAS II MA123G
1 P 1 . 4n n=1 n
(b)
Solución:(a) Por el Criterio de la Razón L = an+1 an 5n+1 n! = lim n!1 (n + 1)! 5n 5 =0 an+1 > 0 para todo n 2 N y lim an = 0. Entonces:
n!1 1 X n=1
( 1)n
1
an tal
1. La serie alternante
n X k=1
1 X n=1 1
( 1)n
1
an es convergente a S 2 R.
2. Si Sn =
( 1)k
ak , para n = 1; 2; : : :, entonces jS Sn j < an+1
para todo n 2 N. Es decir, Sn aproxima a S con un errorabsoluto menor que an+1 . Ejemplo 1.4. Sea la serie alternante 1 1 1 + 2 3 1 + 4 ( 1)n + n
1 1 X ( 1)n = n n=1 1
+
En este caso an =
1 para todo n 2 N. Se tiene: n 1 1 > > 0 =) an > an+1 > 0 para todo n 2 N. n n+1 3
(i) 0 < n < n + 1 =)
Elaborado por el Lic. Pablo J. Galarreta A.
MATEMATICAS II MA123G 1 = 0: n!1 n
1 X ( 1)n n n=1 1
(ii) lim an = lim
n!1
Por el criterio de lasseries alternantes,
es convergente.
1 X 1 Observación 1.1. La serie p, de…nida por es convergente si p > 1, y divergente si np n=1 p 1.
1.3
Series de potencias
a es una serie
De…nición 1.2. Sea a 2 R y x una variable. Una serie de potencias en x de la forma
1 X n=0
cn (x
a)n = c0 + c1 (x
a) + c2 (x
a)2 + : : : + cn (x
a)n + : : :
donde cn 2 R, para todo n 2 N0 .Teorema 1.7. Si
1 X n=0
cn (x
a)n es una serie de potencias, entonces se cumple una y sólo
una de las 3 a…rmaciones siguientes: 1. La serie converge sólo para x = a. 2. La serie converge para todo x 2 R. 3. Existe un número positivo r tal que la serie converge para jx jx aj > r. aj < r y diverge para
Observación 1.2. En el teorema anterior, el número r del caso 3 es llamado el radio...
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