Progressioni geometriche
1) Proprietà generali
Un insieme ordinato di numeri
dicesi progressione
geometrica se
si ha :
[1]
con q quantità costante diversa da 1 detta ragione o quoziente .
Una progressione geometrica di ragione q si indica col simbolo G(q) e si scrive :
G(q)
limitata nei due sensi
G(q)
illimitata nei due sensi
G(q)
illimitata in un senso
Se gli elementi di una G(q) sono reali e la ragione è
positiva , la progressione si dice crescente se risulta
, decrescente se risulta
.
Se invece è
la progressione geometrica dicesi alternata .
2) Proprietà delle progressioni geometriche
·
[1]
¯
[2]
· Relazione tra due termini
qualsiasi [3]
· Prodotto di due termini coniugati
Due termini di una progressione geometrica di n termini si
dicono coniugati o simmetrici quando la somma dei loro indici è
n + 1 . [4]
O S S E R V A Z I O N E
Se la progressione geometrica è limitata ed ha un numero
dispari di termini , quello centrale
è coniugato di se stesso
, per cui la [4] diventa :
[5]
· Prodotto di n termini
consecutivi
[6]
· Somma di n termini consecutivi di una progressione geometrica
se
[7]
se
[8]
· Somma dei termini di una progressione geometrica illimitata
[9] se
cioè se :
Successioni numeriche
DEFINIZIONE N° 1
Dicesi successione di numeri reali o successione
numerica una funzione ƒ di N in R [ oppure di
in R ] . In simboli
matematici abbiamo :
<< Una successione numerica è una funzione ƒ che ad ogni
associa una immagine
>>
Una successione è una funzione il cui dominio è l ' insieme N ed il cui codominio è un sottoinsieme di R .
Si dice anche che una successione è una funzione definita in N ed a valori in R .
Gli elementi del codominio della successione , che sono le immagini della funzione ƒ , si dicono i termini della successione .
Per le successioni , la variabile indipendente viene
indicata col simbolo , e
l'immagine
col simbolo
[ o con xn o con yn
] .
Una successione si indica con uno dei seguenti simboli :
,
,
Dare una successione significa assegnare una legge ƒ
di natura qualsivoglia in base alla quale ad ogni numero naturale n corrisponda
un solo numero reale :
sono i
termini o gli elementi della successione
,
dicesi termine generale
della successione . Due o più termini di una stessa successione , pur occupando
posti diversi , possono essere uguali . Una successione può essere individuata
mediante il termine generale o per ricorrenza . Nel primo caso il
termine
è individuato da una
formula ( ad esempio
) , nel
secondo caso si assegna il valore del primo termine a1 e si indica la
legge che fa passare da un termine al successivo . Una successione presenta un
solo punto di accumulazione che è
( o
) . Una successione non presenta
punti di accumulazione al finito .Una successione si dice limitata
superiormente , inferiormente , limitata se tale è il suo
codominio .
= estremo
superiore di
,
= estremo inferiore di
Se la successione non è limitata superiormente ( inferiormente ) si scrive :
(
)
e si dice che la successione è illimitata superiormente ( inferiormente ) .
¯ ¯
¯ Esempi di successioni il cui termine generale
è espresso mediante una formula
matematica
,
,
,
,
,
,
,
,
,
Successioni monotone
I valori
dipendono dall'operatore ƒ che trasforma gli elementi di N in ben
determinati elementi di R che costituiscono il codominio di ƒ
. Per ricordare ciò scriviamo :
con
Solo in casi particolari l ' ordinamento naturale di N
( ossia la relazione d'ordine espressa dal simbolo
) è trasferito da ƒ a
tutti i corrispondenti elementi del codominio di ƒ .
In questo caso la successione
è strettamente crescente
( decrescente ) se :
[
]
è semplicemente crescente [decrescente ] se :
[
]
Una successione si dice monotona quando è crescente ,oppure strettamente crescente , oppure decrescente , oppure strettamente decrescente .
A volte si parla di successione strettamente monotona se essa è strettamente crescente o strettamente decrescente .
Una successione che ammette limite finito o infinito si dice regolare .
Una successione che non ammette limite si dice ( oscillante o ) indeterminata . Una successione monotona è sempre regolare . Una successione si dice limitata quando sono finiti sia l'estremo superiore che l'estremo inferiore del codominio di ƒ .
Limite di una successione
Definizione N° 2 ( successione convergente )
Si dice che la successione
ha per limite il numero
l ( o che converge ad l
o che tende l ) e si scrive
quando , fissato un numero
e positivo ed arbitrario , è possibile determinare in
corrispondenza un indice
tale
che per ogni
si abbia :
cioè :
La precedente definizione in termini simbolici diventa :
Û
Per verificare che la successione
converge al numero
l si procede come segue :
1) si sceglie in maniera arbitraria il numero positivo e
2) si risolve l'inequazione
3) se questa inequazione ammette come soluzione
il limite è verificato ; in caso
contrario la successione non converge al numero l .
Definizione N° 3 : ( successione divergente positivamente )
Si dice che la successione
tende a
( o diverge a
) e si scrive
quando , scelto un numero positivo ed arbitrario K ( e come
tale grande a piacere ) , è possibile determinare in corrispondenza un numero
positivo tale che per ogni
numero naturale
si abbia :
.
Tradotta in simboli , la precedente definizione diventa :
Û
Definizione N° 4 : ( successione divergente negativamente )
Si dice che la successione
tende a
( o diverge a
) e si scrive
quando , scelto un numero positivo ed arbitrario K ( e come
tale grande a piacere ) , è possibile determinare in corrispondenza un numero
positivo tale che per ogni
numero naturale
si abbia :
.
Tradotta in simboli , la precedente definizione diventa :
Û
Definizione N° 5 : ( successione divergente )
Si dice che la successione
tende a
( o diverge a
) e si scrive
quando , scelto un numero positivo ed arbitrario K ( e come
tale grande a piacere ) , è possibile determinare in corrispondenza un numero
positivo tale che per ogni
numero naturale
si abbia :
.
Tradotta in simboli , la precedente definizione diventa :
Û
Definizione N° 6 : ( successione che diverge oscillando )
Si dice che la successione
, in cui sia i termini positivi
che quelli negativi siano in numero infinito , diverge oscillando ad
, se per ogni K > 0 grande a
piacere è possibile determinare in corrispondenza un indice
tale che si abbia :
La successione di termine generale
diverge positivamente , la
successione di termine generale
diverge oscillando in quanto i suoi termini sono alternativamente positivi e
negativi , mentre
finisce col
diventare grande a piacere .
Definizione N° 7 : ( di successione indeterminata )
Una successione che non sia né convergente né divergente si dice indeterminata
Osservazione
Sono successioni regolari le successioni convergenti e quelle divergenti . Non sono successioni regolari le successioni indeterminate e le successioni che divergono oscillando .
Teoremi ed operazioni sui limiti delle successioni
TEOREMA N° 1
Ogni successione convergente è limitata
TEOREMA N° 2 ( dell ' unicità del limite )
<< Se una successione
tende ad un limite
l ( finito o infinito ) esso è unico >>
Dimostrazione
Dimostriamo questo teorema per assurdo , ammettendo che sia contemporaneamente :
Senza ledere la generalità del problema possiamo supporre
. Allora è possibile fissare il
numero positivo ed arbitrario e in modo che risulti :
Þ
[1]
Þ
[2]
Le [1] e [2] valgono contemporaneamente per
dove
è il maggiore dei due numeri
positivi n1 ed n2 . Quindi per
possiamo scrivere :
Da queste due disuguaglianze deduciamo che :
e quindi possiamo scrivere :
Þ
Þ
Questa disuguaglianza contrasta con l'ipotesi formulata all'inizio della dimostrazione . L'assurdo si toglie ammettendo che il limite della successione , quando esiste , è unico .
Teorema N° 3 ( della permanenza del segno )
<< Se una successione
tende al limite
l positivo ( negativo ) , i suoi termini sono
definitivamente positivi ( negativi ) , cioè esiste un numero
tale che
(
)
>>
Con parole diverse possiamo dire che se una successione
tende ad un limite
l non nullo , allora da un certo indice in poi
tutti i termini della successione hanno lo stesso segno di
l .Teorema N° 4 ( inverso del teorema della permanenza
del segno )
Sia data la successione
tale che sia
[
] , almeno da un certo indice in poi .
Allora , se esiste il
si ha :
[
]
Teorema N° 5 : ( del confronto fra limiti , detto anche teorema dei carabinieri )
Siano ,
,
tre successioni tali che :
( almeno da un certo indice in poi ) . Se le successioni
e
convergono al limite
l , anche la successione
converge al limite
l , cioè :
[ ,
] Þ
Criterio generale di convergenza ( di Cauchy )
C.N.S.
perché la successioneTradotta in simboli , la precedente definizione diventa :
Û
Oppure , in maniera del tutto equivalente , possiamo dire che
C.N.S. perché la successione
sia convergente è che , fissato
un numero e positivo ed arbitrario , è possibile
determinare in corrispondenza un numero positivo
tale , per ogni
e per ogni
si abbia .
oppure,in forma del tutto equivalente si abbia :
Ogni successione che verifica questo criterio generale di convergenza dicesi successione di Cauchy.
E' bene notare come nella condizione di Cauchy non compaia il valore del limite della successione .
Teorema N° 6
Una successione
è convergente se e solo
se è di Cauchy
Teorema N° 7 ( della somma )
Se due successioni
e
hanno per limiti rispettivamente
i numeri
,
la successione
ha per limite il numero
.
,
Þ
Teorema N° 8 ( della differenza )
Se due successioni
e
hanno per limiti rispettivamente
i numeri
,
la successione
ha per limite il numero
.
,
Þ
Teorema N° 9
,
Þ
Una costante moltiplicativa può essere portata fuori dal simbolo di limite .
Teorema N°10 ( del prodotto )
Se due successioni
e
hanno per limiti rispettivamente
i numeri
,
la successione
ha per limite il numero
, cioè il limite del prodotto di
due successioni è uguale al prodotto dei limiti ,
,
Þ
Teorema N° 11 ( della successione reciproca )
Se la successione
tende al limite
, la successione reciproca
tende al limite
.
Þ
Teorema N° 12 ( del quoziente )
Se la successione
ha per limite il numero
e la successione
, priva di elementi nulli ,
converge ad
, la successione
converge al numero
.
Teorema N° 13
Siano e
due successioni convergenti per
le quali risulti :
,
allora , se
, se
e
si ha :
Le regole di Cesaro
Risultano utili per il calcolo di limiti di successioni che si presentano in forma indeterminate le seguenti regole di Cesaro .
Teorema N° 15 ( prima regola di Cesaro )
· Se
e
sono due successioni numeriche
monotone ed infinitesime ( cioè due successioni
per le quali risulta
)
· se
· se esiste finito o infinito il
seguente limite
allora esiste anche il limite
e si ha :
Teorema N° 16 ( seconda regola di Cesaro )
· Se
e
sono due successioni numeriche
· Se
· Se la successione
è monotona crescente e
divergente a
( oppure monotona
decrescente e divergente a
) .
Nessuna ipotesi si formula sulla successione
· se esiste finito o infinito il
seguente limite allora esiste
anche il limite
e si ha :
O S S E R V A Z I O N E
· I due teoremi di Cesaro
costituiscono delle condizioni sufficienti ma non necessarie per
l'esistenza del limite :
Essi sono l'equivalente dei due teoremi di De L'Hospital per le funzioni continue ƒ(x) .
· Dalle due regole di Cesaro derivano cinque regole pratiche che alcuni autori chiamano applicazioni delle regole di Cesaro .
PRIMA APPLICAZIONE
Se la successione
ha limite
l , finito o infinito , anche la successione
ha lo stesso limite
l , cioè :
SECONDA APPLICAZIONE
Se le successioni
e
sono convergenti ed hanno
per limiti rispettivamente i numeri a e
b , allora la successione
risulta convergente ed ha per
limite il numero
, cioè :
=
TERZA APPLICAZIONE
Se la successione
a termini positivi ammette
limite l , finito o infinito , anche la successione
ammette lo stesso limite
l , cioè :
QUARTA APPLICAZIONE
· Se la successione
è a termini positivi
· se la successione
ha limite
l , finito o infinito , allora la successione
ha lo stesso limite , cioè :
QUINTA APPLICAZIONE
· 1) Se la successione
è a termini positivi
2) se risulta :
allora la successione
converge a zero ( cioè
risulta infinitesima ) in quanto si ha :
· Se invece risulta :
allora la successione
diverge positivamente
· Nulla può dirsi sul carattere
della successione se risulta :
Limiti fondamentali
se
,
se
,
se
se
In particolare abbiamo :
In quanto
risulta :
=
se
se
con
,
se
;
=
=
=
,
=
=
=
con . Per
individuare il segno di ¥ bisogna conoscere il segno
di a e la parità o disparità dell'esponente p .
Le seguenti successioni divergenti sono ordinate in senso crescente di rapidità :
Definizione di serie numerica
¯ Sia data una successione di
numeri reali [1]
Una scrittura del tipo :
esprimente la somma di infiniti termini non ha significato nel senso ordinario di somma .
Possiamo però dargliene uno calcolando le somme :
[2]
.................................................................
e considerando la successione che così si ottiene :
[3]
La successione
di termine generale
prende il
nome di SERIE NUMERICA .
Una serie numerica può essere indicata con una delle due seguenti scritture :
[4]
L'espressione
[5]
detta serie numerica di termine generale
, ha un carattere puramente
formale in quanto
l ' operazione di somma non è definita quando il numero di addendi è infinito .
Tali scritture simboliche servono però a significare che si vuole ricavare la successione [3] .
I numeri si
dicono i termini della serie ;
è il termine generale .
Le espressioni
si chiamano le somme parziali
o le ridotte della serie [5] .
La [3] è la successione delle somme parziali della serie [5] .
Lo studio di una serie non è altro che lo studio di una successione i cui termini vengono generati da una particolare legge di formazione .
Poichè una serie è una successione , essa può essere
convergente , divergente , oscillante ( o indeterminata ) a
seconda che tale sia la successione
delle sue ridotte .
Se la successione
è REGOLARE ed ha limite
S ( finito o infinito ) diremo che la serie [5] è REGOLARE ed ha
per somma
[6]
Se la successione delle somme parziali converge al
limite S , è naturale considerare S come la somma degli infiniti
addendi nell'ordine in cui si
presentano .
La serie [5] diverge positivamente o negativamente
se diverge positivamente o negativamente la successione
. Si scrive :
[7]
Qualora una serie risulti convergente , detto S
il limite della successione [3] :
si dirà che S è la somma della serie e si potrà scrivere :
[8]
Il carattere di una serie esprime la sua proprietà di essere convergente , divergente,indeterminata .
Si dice che due serie hanno lo stesso carattere quando sono entrambe convergenti , divergenti o indeterminate .
T E O R E M A N° 1
Il carattere di una serie non si altera se moltiplichiamo tutti i suoi termini per uno stesso numero non nullo , o se trascuriamo un numero finito di suoi termini .
T E O R E M A N° 2
Una serie i cui termini , almeno da un certo indice in poi , siano tutti positivi ( o tutti negativi ) non può essere indeterminata .
D E F I N I Z I O N E
Dicesi resto ennesimo ( o resto di ordine n ) della serie [5] la serie che si ottiene da essa sopprimendo i primi n termini
[9]
T E O R E M A N° 3
La serie [5] ed ogni suo resto hanno sempre lo stesso carattere , cioè sono entrambe convergenti , o divergenti , o indeterminate . Inoltre Rn rappresenta , in valore assoluto , l'errore che si commette quando la somma della serie viene sostituita dalla somma dei suoi primi n termini .
D E F I N I Z I O N E
Dicesi resto parziale di indici n e k della serie [5] la somma di k termini successivi al termine an , cioè :
[10]
D E F I N I Z I O N E
Si dice che la serie
è convergente ed ha per
somma S se
è possibile
determinare in corrispondenza un indice
tale che si abbia:
D E F I N I Z I O N E
Si dice che la serie
è divergente se scelto un
numero positivo ed arbitrario K ( e come tale grande a piacere ) è possibile
determinare in corrispondenza un indice
tale che si abbia :
T E O R E M A N° 5
( Criterio di Cauchy per la convergenza di una serie o criterio generale di convergenza di Cauchy )
C.N.S.
perchè la serie
T E O R E M A
( condizione necessaria ma non sufficiente per la convergenza di una serie )
Condizione necessaria perché una serie sia convergente è
che il suo termine generale
tenda a zero quando
. Se la
serie [5] è convergente allora deve essere :
Di conseguenza , se risulta
allora la serie
è sicuramente divergente
.
Se invece risulta
la serie può essere sia
convergente che divergente .
Serie numerica combinazione lineare di altre serie numeriche
Date due serie numeriche
e
e scelte due costanti
, definiamo serie
combinazione lineare delle due serie date la seguente serie :
In particolare , per h = k = 1 abbiamo la serie
somma , per h = 1 , k =
- 1 abbiamo la serie differenza
, per k = 0 abbiamo la
serie prodotto per il numero reale h
.
Se le serie e
sono convergenti ed hanno
per somma rispettivamente S1 , S2 allora la serie
combinazione lineare
è
convergente e la sua somma S vale
.
La somma o la differenza di due serie convergenti è una serie convergente .
Se una serie converge e l'altra diverge , la somma algebrica delle due serie diverge .
O S S E R V A Z I O N E
¯ Una serie può essere intesa come quell'algoritmo ( procedimento di calcolo ) che permette di ottenere la somma di un numero infinito di termini mediante l'associazione dell'operazione aritmetica di addizione a quella di passaggio al limite .
¯ Studiare una serie significa stabilirne il carattere ed , eventualmente , calcolarne ls somma S .
¯ La somma S può essere calcolata solo se riusciamo a trasformare la somma dei primi n termini in una espressione algebrica data da una formula matematica . Per le serie telescopiche e per le serie geometriche è sempre possibile calcolare S .
· Per dire che la serie
converge scriviamo
per dire che la serie
diverge scriviamo
.
Serie a termini positivi
Si tratta di serie i cui termini sono tutti positivi , almeno a partire da un certo indice in poi .
Infatti , se in una serie i termini risultassero positivi soltanto da un certo indice p in poi , potremmo ricondurci agevolmente ad una serie a termini tutti positivi considerando la serie resto Rp che , come sappiamo , ha lo stesso carattere della serie data . Le serie i cui termini sono tutti negativi si trattano alla stessa maniera delle serie a termini positivi . Adesso stabiliamo per queste serie a termini positivi dei criteri che ci consentano di stabilire se una serie è convergente o divergente .
Criteri di convergenza e di divergenza per le serie a termini positivi
¯ Una serie a termini positivi non può essere oscillante , essa o è convergente o è divergente positivamente .
Per le serie a termini positivi valgono particolari criteri di convergenza o di divergenza che ,però,a differenza del criterio di Cauchy , danno solo condizioni sufficienti ma non necessarie .
¯ Si dice che la serie
è maggiorante della serie
e questa è minorante
della prima se risulta :
In questo caso la somma dei primi n termini della prima serie
non è mai minore ( ) della somma
dei primi n termini della seconda serie .
¯ Criterio del confronto ( di GAUSS )
Siano date due serie a termini positivi
e
e supponiamo che la prima serie
sia maggiorante delle seconda serie . Allora :
1) se la serie maggiorante è convergente risulta pure convergente la serie minorante
2) se la serie minorante diverge ( positivamente ) anche la serie maggiorante diverge
positivamente .
E S E M P I O
La serie è
convergente in quanto è minorante della serie geometrica
che è convergente in
quanto la sua ragione
è minore
di uno .
¯ Secondo criterio del confronto ( o criterio del confronto asintotico )
Siano e
due serie a termini positivi per
le quali risulta :
[11]
Se risulta :
1) k = numero reale finito diverso da zero , le due serie hanno lo stesso carattere, cioè sono entrambe convergenti o entrambe divergenti
2) Ricordando
la definizione di successione divergente applicata alla successione avente
termine generale
, possiamo
scrivere :
( almeno da un certo
indice in poi ) ed anche :
Questo
significa che la serie
è
maggiorante della serie
e
quindi , per il teorema del confronto , possiamo affermare che :
<< se la serie
converge anche la serie
converge , se la serie
diverge anche la serie
diverge . Nulla possiamo dire se la serie
diverge , o se la serie
converge.
3) Ricordando
la definizione di successione convergente infinitesima a pplicata alla
successione avente termine generale
, possiamo scrivere :
( almeno da un certo indice in
poi ) ed anche
. Questo
significa che la serie
è
maggiorante della serie
e
quindi , per il teorema del confronto , possiamo affermare che :
1) se la serie
converge anche la serie
converge
2) se la serie
diverge anche la serie
diverge
3) Nulla possiamo dire se la serie
converge o se la serie
diverge .
Criterio dell'ordine di infinitesimo
Dal criterio del confronto asintotico possiamo ricavare il seguente notevole criterio dell'ordine di infinitesimo .
Come serie
scegliamo la seguente serie armonica generalizzata
poiché di essa conosciamo il
carattere al variare dell'esponente p . Calcoliamo il seguente limite :
Se risulta :
1) k = numero reale finito non nullo , cioè se
allora la serie
ha lo stesso carattere della
serie armonica generalizzata
.
Pertanto la serie
converge se p > 1
, diverge se
.
2) In questo
caso la serie
è maggiorata
dalla serie armonica generalizzata e se questa converge ( p > 1 )
converge anche
, Nulla possiamo
dire sul carattere della serie data
se la serie armonica
generalizzata diverge .
3) In questo
caso la serie
maggiora la
serie armonica generalizzata e se questa diverge (
) diverge anche
.
Nulla possiamo dire sul carattere della serie data
se la serie armonica
generalizzata converge
C O N C L U S I O N E
1) ,
la serie
converge
2) ,
la serie
diverge
3) ,
la serie
converge
4) ,
la serie
diverge
5) ,
il criterio è inefficace
6) ,
il criterio è inefficace
Questo criterio di solito viene utilizzato quando il termine generico an della serie è il rapporto di polinomi in n , o il rapporto tra un polinomio in n e qualche espressione irrazionale in n .
Criterio del rapporto
( o di D ' ALAMBERT )Sia a termini
positivi . Se è possibile determinare un numero reale
ed un indice p tali che
risulti :
[14]
la serie è
CONVERGENTE , se invece risulta
la serie è DIVERGENTE .
Nella pratica non è sempre facile determinare una limitazione
del rapporto . Per questo motivo
è preferibile considerare il limite di tale rapporto quando
.
Si ottengono i seguenti risultati :
1) la serie
CONVERGE 2)
la serie
DIVERGE
3) il
criterio è inefficace . Questo significa che il criterio non è adatto a
stabilire la convergenza o la divergenza della serie ed è necessario ricorrere
ad un altro criterio .
Questo criterio, di solito , si utilizza con efficacia se nel
termine generico an della serie c'è qualche fattoriale di n o di una
sua espressione , o se c'è qualche potenza ennesima di un numero reale dato ,
cioè una potenza del tipo (
oppure
) .
CRITERIO DELLA RADICE
( o Di Cauchy )Se da un certo indice in poi risulta
la serie
CONVERGE , se invece
risulta
la serie
DIVERGE .
Nella pratica ,non essendo agevole la determinazione di una
limitazione per il termine generale
, è più conveniente considerare
il limite per
di tale radice .
Perveniamo ai seguenti risultati :
Studio dettagliato di alcune serie particolarmente importanti
SERIE DI MENGOLI ( 1650 )
=
=
Passando al limite otteniamo :
=
La serie di Mengoli è convergente ed ha somma S = 1 .
Serie di Bernoulli
=
=
=
=
La serie di Bernoulli è convergente ed ha per somma S = 1 .
Serie armonica
La serie armonica è chiamata cosi perché i suoi termini sono in progressione armonica ( cioè i loro inversi formano una progressione aritmetica ) .
La serie armonica è divergente . Il termine generico an
tende a zero quando , perché
, però la serie non è
convergente .
Serie armonica generalizzata
Se la serie
armonica generalizzata diverge positivamente
se la serie
armonica generalizzata converge .
Serie telescopiche
Una serie si
dice telescopica quando il suo termine generale an può essere
scritto come differenza
di due
termini di una medesima successione
, calcolati per due valori
diversi dell'indice .
Quindi per serie telescopica intendiamo qualsiasi serie che può essere ricondotta alla seguente forma :
La somma S di una serie telescopica convergente vale :
La somma S della serie telescopica
è uguale alla somma dei primi k
termini della successione
.
Esempio numerico
Serie geometriche
Si chiama SERIE GEOMETRICA una serie i cui termini formano una progressione geometrica , cioè tali che ognuno di essi si possa ottenere moltiplicando il precedente per uno stesso numero non nullo q , detto ragione della serie geometrica .
Detti a e q , rispettivamente , il primo termine e la ragione della serie geometrica abbiamo :
La somma parziale ennesima è data da :
( i termini
della serie sono n+1 )
Perveniamo alle seguenti conclusioni :
1) Se la
serie geometrica risulta convergente ed ha come somma
Infatti :
2) Se la
serie geometrica diverge positivamente se
, negativamente se
.
Infatti : se q > 1 abbiamo :
e quindi la serie diverge
positivamente se
, negativamente
se
.
Se q = 1 la serie geometrica assume la forma :
In questo caso risulta :
e quindi la serie geometrica è divergente .
3) Se la
serie geometrica è indeterminata . Infatti non esiste il seguente limite
e quindi non esiste neanche :
e si conclude che la serie
geometrica risulta indeterminata .
Qualche raro autore fa , nell'ipotesi q < -1 , il
seguente ragionamento .
ricordando che
assume valori positivi ( negativi ) quando n è pari ( dispari ) , e di
conseguenza i termini della successione
diventano , in valore assoluto,
sempre più grandi ma assumono segni alternativamente positivi e negativi . Si
dice , in questo caso , che la serie diverge oscillando .
Invece , per q = -1 Sn vale 1 per n pari , 0 per n dispari . La serie geometrica , in questo caso , è indeterminata .
¯ Per a = 1 la serie geometrica assume la forma :
Le conclusioni sono identiche a quelle dedotte
precedentemente . In caso di convergenza la somma S vale :
Serie a termini di segno alternato
Se è una
successione a termini positivi , allora la serie :
[20]
è detta serie a termini di segno alternativamente positivo e negativo o serie a segni alterni o serie di segno alterno o serie alternata o serie a termini alternativamente positivi e negativi .
Criterio di Leibniz
Se la successione
a termini positivi è
decrescente (
) ed
infinitesima (
), allora la
serie a segni alterni [20] è convergente e sussiste la seguente formula
di maggiorazione del resto :
[21]
Serie assolutamente convergenti ed assolutamente divergenti
Consideriamo la serie a termini reali e di segno qualsiasi
[22]
La serie
[23]
dicesi serie dei moduli associata alla serie [22] . Tale serie non può essere indeterminata in quanto i suoi termini sono non negativi .
DEFINIZIONE
Una serie si dice assolutamente convergente quando è convergente la serie dei moduli ad essa associata . Quando una serie converge , senza convergere assolutamente , si dice che è semplicemente convergente , o condizionatamente convergente , o semiconvergente .
Quindi una serie si dice semplicemente convergente quando è convergente ma non è assolutamente convergente .
TEOREMA N° 6
Una serie assolutamente convergente è anche
semplicemente convergente . Tale teorema non è invertibile , in quanto una
serie può essere semplicemente convergente senza essere assolutamente
convergente . Quindi una serie assolutamente convergente converge anche
in senso ordinario . Questo significa che se la serie
converge allora anche la
serie
converge . Tale
teorema non è invertibile in quanto la serie
può essere convergente in
senso ordinario senza essere assolutamente convergente .
N.B. Se la serie
diverge nulla possiamo
dire sul carattere della serie
.
· I criteri esposti per le serie
numeriche a termini positivi sono altrettanti criteri di convergenza assoluta se
applicati alla serie dei moduli