Chuỗi số. Tổng của chuỗi

1. Các khái niệm

1.1 Định nghĩa 1:

Cho dãy số thực vô hạn u_{1}, u_{2}, u_{3}, ..., u_{n}, ...

Biểu thức {u_{1} + u_{2} + u_{3} + ... + u_{n} + ... } = { \sum\limits_{n=1}^{\infty} {u_n}} được gọi là chuỗi số.

Các số u_{1}, u_{2}, u_{3}, ..., u_{n}, ... được gọi là số hạng của chuỗi, u_{n} được gọi là số hạng tổng quát thứ n của chuỗi.

Một dãy là được cho nếu biết quy luật tính số hạng tổng quát thứ n của nó.

1.2 Định nghĩa 2:

Tổng n hữu hạn số hạng đầu của chuỗi gọi là tổng riêng phần thứ n của chuỗi: S_{n} = u_{1} + u_{2} + u_{3} + ... + u_{n} = {\sum\limits_{i=1}^{n}u_i} .

Nếu \lim\limits_{n \to \infty} S_{n} = S hữu hạn thì ta nói chuỗi hội tụ.

Nếu \lim\limits_{n \to \infty} S_{n} = {\pm}{\infty} hoặc không tồn tại ta nói chuỗi phân kỳ

Thí dụ 1.2.1:

Xét chuỗi cấp số nhân: \sum\limits_{n=0}^{\infty} q^n Ta có: S_{n} = 1 + q + ... + q^n Nếu q =1 ta có: S_{n} = n Tính toán bằng Maple ta có:

> S[n] := n;

S_{n} = n

> limit(S[n], n = infinity);

infinity

Vậy chuỗi phân kỳ. Nếu q ≠ 1 chạy chương trình Maple ta có:

> S[n] := sum(q^k, k = 0 .. n-1);

S_{n} = { \dfrac{q^{n}}{q-1}} - { \dfrac{1}{q-1}}

> limit(S[n], n = infinity);

Nếu q < 1 thì S_{n} hội tụ về \dfrac{1}{1- q} , do đó chuỗi hội tụ và có tổng bằng \dfrac{1}{1- q}

Nếu q> 1 thì S_{n} không có giới hạn hữu hạn, do đó chuỗi phân kỳ.

Nếu q = -1 thì S_{n} = q-q+q-q+... do đó S_{n} = \left \{ \begin{array}{l} 0 \\ q \\ \end{array} \right.  Vậy S_{n} không có giới hạn và chuỗi đã cho phân kỳ.

Như vậy, cấp số nhân với số hạng đầu khác không hội tụ khi và chỉ khi giá trị tuyệt đối của công bội nhỏ hơn 1.

Thí dụ 1.2.2: Cho q = 1/3 ta được:

> sum((1/3)^n, n = 0 .. infinity);

\dfrac{3}{2}

Cho q = -1/4 ta được:

> sum((-1/4)^n, n = 0 .. infinity);

\dfrac{4}{5}

Thí dụ 1.2.3:

Tìm tổng của chuỗi: \dfrac{1}{n(n+1)(n+2)}

Lập tổng S_{n} ta có:

> Sn:= sum(1/(n*(n+1)*(n+2)), n = 1 .. n);

- { \dfrac{1}{2(n+1)(n+2)}} + { \dfrac{1}{4}}

Sử dụng Maple vẽ tổng của S_{n} với n = 10.000 ta có:

> plot(Sn, 1 .. 10000);

chuoi-so-1.jpg

Dựa vào đồ thị của Sn ta thấy đường cong luôn tiệm cận với 0.25. Suy ra, ta có thể dự đoán chuỗi số này hội tụ đến 1/4. Phân tích số hạng thứ n thành thừa số. Ta có:

> convert(un(n), parfrac, n);

- { \dfrac{1}{n+1}} + { \dfrac{1}{2n}} + { \dfrac{1}{2(n+2)}}

Khi đó, tổng Sn sẽ là: - { \dfrac{1}{2(n+1)(n+2)}} + { \dfrac{1}{4}} . Qua giới hạn, rõ ràng Sn hội tụ về 1/4. Vậy chuỗi đã cho hội tụ tổng của chuỗi bằng 1/4

Trang: 1 2 3

  1. thảo huyền
    22.05.2009 lúc 15:05 | #1

    e chào thầy ạ! thầy giải bài này giúp e với.
    cho chuỗi số :
    [sqrt(1+a/n)-3sqrt(1+b/n)]
    hội tụ khi nào?

    • 23.05.2009 lúc 08:10 | #2

      Ta có: u_n = \sqrt{1+{ \dfrac{a}{n}}} - 3 \sqrt{1+{ \dfrac{b}{n}}}
      Chuỗi này không thể hội tụ với mọi a, b do \lim\limits_{n \to \infty} u_n = -2 \ne 0

  2. thảo huyền
    23.05.2009 lúc 14:46 | #3

    thầy ơi không phải là 3 nhân với căn bậc 2 thầy ah.mà là căn bậc 3.nhưng dù sao cũng cảm ơn thầy nhiều vì đã trả lời câu hỏi của e. đây là do em viết sai nên thầy đã hiểu nhầm í.sorry thầy

  3. thảo huyền
    23.05.2009 lúc 15:45 | #4

    hihi e xin viết lại đề như thế này vậy
    \sum\limits_{n=1}^{\infty} \sqrt{1+(a/n)} - \sqrt[3]{1+(b/n)}
    lần này chắc ko sai được đâu rùi.

    • 23.05.2009 lúc 21:31 | #5

      Cái này khi n tiến đến vô cùng thì a/n và b/n tiến đến 0 nên nó là những đại lượng vô cùng bé. Khi đó, ta xây dựng chuỗi tương đương bằng cách thế VCB trong un bằng các VCB tương đương.
      Ta có: (1+a/n)^{1/2} - 1 \sim { \dfrac{1}{2}}{ \dfrac{a}{n}} ; (1+b/n)^{1/3} - 1 \sim \dfrac{1}{3}{ \dfrac{b}{n}}
      Do đó \sum\limits_{n=1}^{\infty} \sqrt{1+a/n} -\sqrt[3]{1+b/n} \sim \dfrac{a}{2n} - \dfrac{b}{3n}
      Do vậy nếu a/2 \ne b/3 thì chuỗi luôn phân kỳ.
      Như vậy, ta chỉ cần xét trường hợp a/2 = b/3 , trường hợp này ta khai triển đến số hạng bậc hai của (a/n) và (b/n) sẽ kết luận được chuỗi hội tụ.

  4. thảo huyền
    24.05.2009 lúc 19:33 | #6

    cảm ơn thầy nhiều.chúc thầy luôn có 1 sức khỏe thật tốt để tiếp tục học tập và làm việc.

  5. nguyễn huyền
    24.05.2009 lúc 19:42 | #7

    e chào thầy ạ.thầy giải giùm e bài này:
    chuỗi số sau hội tụ khi nào:
    \sum\limits_{3}^{\infty} \dfrac{1}{n*lnn*{ln}^{p}(lnn)}

    • 24.05.2009 lúc 20:18 | #8

      Bài này chỉ có thể dùng dấu hiệu tích phân thôi.
      Theo dấu hiệu tích phân ta xét tích phân sau:
      \int\limits_3^{\infty}{ \dfrac{dx}{x.lnx.ln^p(lnx)}} = \int\limits_{ln3}^{\infty} \dfrac{dt}{t.ln^p(t)} = \int\limits_{ln(ln3)}^{\infty} \dfrac{du}{u^p}
      Đến đây theo dấu hiệu hội tụ của tích phân suy rộng, nếu p > 1 thì chuỗi hội tụ.

      • nguyễn huyền
        24.05.2009 lúc 20:27 | #9

        cảm ơn thầy e cũng đã hiêủ nhưng e vẫn còn 1 khúc mắc là sao lại là p=3.

        • 24.05.2009 lúc 21:33 | #10

          Ủa, p = 3 ở chỗ nào vậy em?

  6. thảo huyền
    02.06.2009 lúc 14:27 | #11

    tính tổng chuỗi số: \sum\limits_{n=o}^{\infty}ln\left(2cos\left({\dfrac{\alpha}{n^n}}\right)-1\right)

  7. thanhlong
    05.06.2009 lúc 23:52 | #12

    giải giúp em bài này
    TÍnh tổng (-1)^n/n^(3n)
    ( n=2 đến vô cùng)

Comment pages
  1. No trackbacks yet.