다음 급수
이 절대수렴하는지, 조건수렴하는지, 발산하는지에 따라 의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
Determine the values of for which the series
converges absolutely, converges conditionally, or diverges.
정답·풀이 보기
비판정법을 두 번 적용하는 것으로 시작한다.
- 한 번은 항이 인 급수에 적용하고,
- 한 번은 항이 인 급수에 적용한다.
두 급수 모두, 즉 두 모두에 대해
이다. 따라서 비판정법에 의해 일 때 급수 는 수렴하고 급수 는 절대수렴하며, 일 때 급수 는 발산한다. 이제 만 남는다.
일 때 이고, 이 급수는 교대급수 판정법에 의해 수렴한다.
일 때 이고, 이는 과 같은 급수이다. 곧 임을 보일 것이며, 따라서 모든 에 대해 이다. 이로부터 급수 은 발산하는 급수 과의 비교에 의해 발산한다. 이로써 일 때의 발산과 일 때 절대수렴하지 않음이 모두 얻어진다.
마지막으로, 모든 에 대해 임을 보인다. 라 하자. 그러면 이고
이다. 따라서 는 일 때 (엄밀하게) 양수이고, 모든 에 대해 증가한다. 그러므로 는 모든 에 대해 (엄밀하게) 양수이다.
원본 교재 풀이(영어)
We'll start by applying the ratio test twice,
- once for the series whose term is , and
- once for the series whose term is .
For both series, i.e. for both 's,
Therefore, by the ratio test, when , the series converges and the series converges absolutely, and when the series diverges. That just leaves .
For , which converges by the alternating series test.
For , which is the same series as . We shall shortly show that , and hence for all . This implies that the series diverges by comparison with the divergent series . This yelds both divergence for and also the failure of absolute convergence for .
Finally, we show that , for all . Set . Then and
So is (strictly) positive when and is increasing for all . So is (strictly) positive for all .
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 3.5절 · 20번우리말 번역
(a) 에 대해 임을 보이세요.
(b) 을 다항식의 비로 나타내세요. 이 급수가 수렴하는 의 값의 범위를 구하세요.
다 풀었으면 정답 확인
(a)
의 양변을 미분하면
이다. 이제 양변에 를 곱하면
이므로 주어진 등식이 성립한다.
(b) (a)의 결론의 양변을 미분하면
이다. 이제 양변에 를 곱하면
이다.
미분해도 거듭제곱급수의 수렴 반지름은 변하지 않는다. 따라서 이 급수의 수렴 반지름은 이다(처음의 등비급수의 수렴 반지름과 같다). 에서는 발산 판정법에 의해 이 급수가 발산한다. 그러므로 이 급수는 에서 수렴한다.