유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
10문제 · 1 / 1쪽
1.CLP-2 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역
급수 n=1∑∞9n+5(−1)n 이 절대수렴하는지, 조건수렴하는지, 발산하는지 판단하고, 그 이유를 설명하세요.
영어 원문 보기
Determine whether the series n=1∑∞9n+5(−1)n is absolutely convergent, conditionally convergent, or divergent; justify your answer.
정답·풀이 보기
급수 n=1∑∞9n+5(−1)n 은 교대급수 판정법에 의해 수렴한다. 한편 급수 n=1∑∞9n+5(−1)n=∑n=1∞9n+51 은 bn=n1 과의 극한비교판정법에 의해 발산한다. 따라서 주어진 급수는 조건수렴한다.
원본 교재 풀이(영어)
The series n=1∑∞9n+5(−1)n
converges by the alternating series test. On the other hand the
series n=1∑∞9n+5(−1)n=∑n=1∞9n+51 diverges by the limit
comparison test with bn=n1. So the given series is
conditionally convergent.
급수
n=1∑∞1+n(−1)2n+1
이 절대수렴하는지, 조건수렴하는지, 발산하는지 판단하세요.
영어 원문 보기
Determine whether the series
n=1∑∞1+n(−1)2n+1
is absolutely convergent, conditionally convergent, or divergent.
정답·풀이 보기
(−1)2n+1=(−1)⋅(−1)2n=−1 임에 주목하자. 따라서 다음과 같이 간단히 할 수 있다.
n=1∑∞1+n(−1)2n+1=−n=1∑∞1+n1
1+n1≥n+n1=2n1 이므로,
n=1∑∞1+n1 은
발산하는 조화급수 n=1∑∞n1 과의 비교판정법에 의해 발산한다. 원래 급수에 곱해진 전체 계수 −1 은 발산이라는 결론을 바꾸지 않는다.
원본 교재 풀이(영어)
Note that (−1)2n+1=(−1)⋅(−1)2n=−1. So we can simplify
n=1∑∞1+n(−1)2n+1=−n=1∑∞1+n1
Since 1+n1≥n+n1=2n1,
n=1∑∞1+n1
diverges by the comparison test with the divergent harmonic series n=1∑∞n1. The extra overall factor of −1 in the original series
does not change the conclusion of divergence.
급수
n=1∑∞(−1)n−13+22n1+4n 은 다음 중 하나이다:
절대수렴한다;
조건수렴한다;
발산한다; 또는
위의 어느 것도 아니다.
어느 것이 옳은지 판단하세요.
영어 원문 보기
The series
n=1∑∞(−1)n−13+22n1+4n either:
converges absolutely;
converges conditionally;
diverges; or
none of the above.
Determine which is correct.
정답·풀이 보기
n→∞lim3+22n1+4n=n→∞lim3+4n1+4n=1
이므로 교대급수 판정법을 쓸 수 없다. 실제로
n→∞lim(−1)n−13+22n1+4n 은 존재하지 않는다
(n 이 매우 크면 (−1)n−13+22n1+4n 은 +1 에 가까운 수와 −1 에 가까운 수를 번갈아 가진다)
따라서 발산 판정법에 의해 이 급수는 발산한다.
(참고로 "위의 어느 것도 아니다"는 절대 정답이 될 수 없다 —
모든 급수는 절대수렴하거나, 조건수렴하거나, 발산한다.)
원본 교재 풀이(영어)
Since
n→∞lim3+22n1+4n=n→∞lim3+4n1+4n=1
the alternating series test cannot be used. Indeed,
n→∞lim(−1)n−13+22n1+4n does not exist
(for very large n, (−1)n−13+22n1+4n alternates between a number
close to +1 and a number close to −1)
so the divergence test says that the series diverges.
(Note that “none of the above” cannot possibly be the correct answer —
every series either converges absolutely, converges conditionally, or diverges.)
이 극한은 존재하며 0이 아니다. 급수 n=1∑∞bn 이 수렴하므로 급수 n=1∑∞n6+n2∣n2−sinn∣ 도 수렴한다. 따라서 급수 n=1∑∞n6+n2n2−sinn 은 절대수렴한다.
원본 교재 풀이(영어)
We first develop some intuition about n=1∑∞n6+n2n2−sinn, where we take the absolute value of the summands to consider whether the series converges absolutely. For very large n, n2 dominates
sinn and n6 dominates n2 so that
n6+n2n2−sinn≈n6n2=n41
The series n=1∑∞n41
converges by the p–test with p=4>1.
We expect the given series to converge too.
To verify that our intuition is correct,
we apply the limit comparison test with
exists and is nonzero. Since the series n=1∑∞bn
converges, the series n=1∑∞n6+n2∣n2−sinn∣ converges too. Therefore, the series n=1∑∞n6+n2n2−sinn converges absolutely.
급수
n=0∑∞(n2+1)(n!)2(−1)n(2n)!
이 절대수렴하는지, 조건수렴하는지(수렴하지만 절대수렴하지는 않는지), 아니면 발산하는지 (근거와 함께!) 판단하세요.
영어 원문 보기
Determine (with justification!) whether the series
n=0∑∞(n2+1)(n!)2(−1)n(2n)!
converges absolutely, converges but not absolutely, or diverges.
정답·풀이 보기
이 급수가 교대급수 판정법에 의해 수렴한다고 생각할 수도 있다.
그러나 그것은 틀린 생각이다. 문제는 {an} 이 n→∞ 일 때 0 으로 수렴하지 않는다는 점이며, 따라서 이 급수는 실제로는
발산판정법에 의해 발산한다. n→∞ 일 때 nth 번째 항이 0 으로 수렴하지 않음을 확인하기 위해
an=(n2+1)(n!)2(2n)! (즉 an 은 부호를 뺀 nth 번째
항)이라 쓰고, an+1 이 an 보다 큰지 작은지 확인해 보자.
이고, 특히 충분히 큰 n 에 대해 an+1>an 이다. 그러므로 충분히 큰 n 에 대해
an 은 n 에 따라 증가하므로 0 으로 수렴할 수 없다. 따라서 이 급수는
발산판정법에 의해 발산한다.
원본 교재 풀이(영어)
You might think that this series converges by the alternating series test.
But you would be wrong. The problem is that {an} does not converge to zero as n→∞, so that the series actually
diverges by the divergence test. To verify that the nth term does not converge to zero as n→∞ let's write
an=(n2+1)(n!)2(2n)! (i.e. an is the nth term
without the sign) and check to see whether an+1 is bigger than or smaller than an.
and, in particular, for large n, an+1>an. Thus, for large n,
an increases with n and so cannot converge to 0. So the series
diverges by the divergence test.
이 수열에는 양의 항도 있고 음의 항도 있어서 쓸 수 있는 판정법이 제한된다. 그러나 급수 n=1∑∞n2sinn 을 생각하면 직접 비교판정법을 쓸 수 있다.
모든 n 에 대해 ∣sinn∣<1 이므로 0≤n2sinn<n21 이다. n=1∑∞n21 이 수렴하므로 직접 비교판정법에 의해 n=1∑∞n2sinn 도 수렴한다. 그러면 n=1∑∞n2sinn 은 절대수렴하며, 특히 수렴한다.
원본 교재 풀이(영어)
The sequence has some positive terms and some negative terms, which limits the tests we can use. However, if we consider the series n=1∑∞n2sinn, we can use the direct comparison test.
For every n, ∣sinn∣<1, so 0≤n2sinn<n21. Since
n=1∑∞n21 converges, then by the direct comparison test, n=1∑∞n2sinn converges as well. Then n=1∑∞n2sinn converges absolutely– in particular, it converges.
Show that the series
n=1∑∞2nsin2n−cos2n+21 converges.
정답·풀이 보기
이 급수의 항은 음수일 때도 있고 양수일 때도 있다. 그러나 부호가 엄밀하게 번갈아 나타나지는 않으므로 교대급수 판정법을 쓸 수 없다. 대신 직접 비교판정법을 이용하여 이 급수가 절대수렴함을 보인다.
2nsin2n−cos2n+21≤2n1+1+21=2n+15
급수 n=1∑∞2n+15 은 공비가 r=21 인 등비급수이므로 수렴한다. 직접 비교판정법에 의해
n=1∑∞2nsin2n−cos2n+21 도 수렴한다. 따라서 n=1∑∞2nsin2n−cos2n+21 은 절대수렴하므로 수렴한다.
원본 교재 풀이(영어)
The terms of this series are sometimes negative and sometimes positive. But, they are not strictly alternating, so we can't use the alternating series test. Instead, we use a direct comparison test to show the series converges absolutely.
2nsin2n−cos2n+21≤2n1+1+21=2n+15
The series n=1∑∞2n+15 converges, because it's a geometric series with r=21. By the direct comparison test,
n=1∑∞2nsin2n−cos2n+21 converges as well. Then n=1∑∞2nsin2n−cos2n+21 converges absolutely, so it converges.
이 문제의 두 부분은 모두 급수 S=n=1∑∞(−1)n−124n2e−n3 에 관한 것입니다.
(a) 급수 S 가 절대수렴함을 보이세요.
(b) 급수 S 를 제5 부분합 S5 로 근사한다고 하자. 이 근사로 생기는 오차의 상한을 구하세요.
영어 원문 보기
Both parts of this question concern the series S=n=1∑∞(−1)n−124n2e−n3.
(a) Show that the series S converges absolutely.
(b) Suppose that you approximate the series S by its fifth partial sum S5. Give an upper bound for the error resulting from this approximation.
정답·풀이 보기
(a)
풀이 1: 다음 급수가 수렴함을 보이면 된다.
n=1∑∞24n2e−n3
일반항에서 n 을 x 로 바꾸면 f(x)=24x2e−x3 이고,
이는 적분할 수 있다. (u=x3 으로 치환하면 된다.)
따라서 적분판정법을 써 보자.
먼저 f(x) 가 양이고 감소함을 확인해야 한다.
양인 것은 분명하다. 감소하는지 판단하기 위해 계산하면
dxdf=48xe−x3−24×3x4e−x3=24x(2−3x3)e−x3
이고, 이는 x≥1 에서 음수이다. 따라서 f(x) 는 x≥1 에서 감소하므로
적분판정법을 적용할 수 있다. 치환 u=x3,
du=3x2dx 를 쓰면
풀이 3: 또 다른 방법으로, 극한비교판정법을 쓸 수 있다.
먼저 직관을 조금 쌓아 보자. 우리는
n=1∑∞24n2e−n3 이 수렴함을 보여야 한다는 것을 떠올리자. 이 급수의 n 번째
항은
an=24n2e−n3=en324n2
이다. 이것은 분자와 분모가 모두 n 에 따라 커지는 비이다.
지수함수는 거듭제곱보다 훨씬 빠르게 커진다는 것이 좋은 경험 법칙이다.
예를 들어 n=10 이면 분자는 2400=2.4×103 이고
분모는 약 2×10434 이다.
그래서 n→∞ 일 때 an 이 0 으로 간다고 짐작할 수 있다.
문제는 “an 이 n 에 따라 우리 급수가 수렴할 만큼 충분히 빠르게 0 으로 가는가?”이다. 예를 들어 ∑n=1∞n21 은
(p=2 인 p 판정법에 의해) 수렴한다는 것을 알고 있다. 그러므로 an 이 n21 보다
더 빠르게 0 으로 가면 우리 급수는 수렴한다. 그러면 an=24n2e−n3=en324n2
과 bn=n21 으로 극한비교판정법을 써 보자.
(b)
(a)에서 24n2e−n3 이 양이고 감소함을 보았다.
이 수열의 극한은 0 이다. ((a)의 풀이 3의 끝에서 했던 것처럼 로피탈의
정리로 보일 수 있다.) 따라서 교대급수판정법을 쓸 수 있고,
무한합
S=n=1∑∞an=n=1∑∞(−1)n−124n2e−n3 을 처음 N 개 항의 합
SN=n=1∑Nan 으로 근사할 때 생기는 오차는 0 과
처음으로 생략된 항 aN+1 사이에 있다.
5 개의 항을 쓰면 오차는 다음을 만족한다.
∣S−S5∣≤∣a6∣=24×36e−63≈1.3×10−91
원본 교재 풀이(영어)
(a)
Solution 1: We need to show that
n=1∑∞24n2e−n3 converges.
If we replace n by x in the summand, we get f(x)=24x2e−x3,
which we can integate. (Just substitute u=x3.)
So let's try the integral test.
First, we have to check that f(x) is positive and decreasing.
It is certainly positive. To determine if it is decreasing, we compute
dxdf=48xe−x3−24×3x4e−x3=24x(2−3x3)e−x3
which is negative for x≥1. Therefore f(x) is decreasing for x≥1,
and the integral test applies. The substitution u=x3,
du=3x2dx, yields
Solution 3: Alternatively, alternatively, we can use the limiting comparison test.
First a little intuition building. Recall that we need to show that
n=1∑∞24n2e−n3 converges. The nth
term in this series is
an=24n2e−n3=en324n2
It is a ratio with both the numerator and denominator growing with n.
A good rule of thumb is that exponentials grow a lot faster than powers.
For example, if n=10 the numerator is 2400=2.4×103
and the denominator is about 2×10434.
So we would guess that an tends to zero as n→∞.
The question is “does an tend to zero fast enough with n that our series converges?”. For example, we know that ∑n=1∞n21
converges (by the p–test with p=2). So if an tends to zero faster
than n21 does, our series will converge. So let's try the limiting convergence test with an=24n2e−n3=en324n2
and bn=n21.
That's it. The limit comparison test now tells us that
∑n=1∞an converges.
(b)
In part (a) we saw that 24n2e−n3 is positive and decreasing.
The limit of this sequence equals 0 (as can be shown with l'Hopital's
Rule, just as we did at the end of the third solution of part (a)). Therefore, we can
use the alternating series test, so that the
error made in approximating the infinite sum
S=n=1∑∞an=n=1∑∞(−1)n−124n2e−n3 by the sum of its first N terms,
SN=n=1∑Nan, lies between 0
and the first omitted term, aN+1.
If we use 5 terms, the error satisfies
다음 사실은 증명 없이 사용해도 됩니다.
n=0∑∞(2n)!(−1)n=cos(1)
이 사실을 이용하여 cos1 을 오차가 10001 이내인 유리수로 어림하세요.
계산기로 구한 cos(1) 의 근삿값과 비교하여 답을 확인하세요. 실제 오차는 얼마였나요?
영어 원문 보기
You may assume without proof the following:
n=0∑∞(2n)!(−1)n=cos(1)
Using this fact, approximate cos1 as a rational number, accurate to within 10001.
Check your answer against a calculator's approximation of cos(1): what was your actual error?
정답·풀이 보기
N 번째 항까지 사용한 근삿값의 오차는 최대 (2(N+1))!1 이다. (2(N+1))!1<10001 이어야 한다. N 의 작은 값들을 확인해 보면 8!=40320>1000 이므로, N=3 이면 2(N+1)!1=403201<10001 이다. 따라서 근삿값을 구하려면 급수의 처음 네 항만 고려하면 충분하다.
따라서 오차는 우리가 구한 한계 403201 에 상당히 가깝고, 10001 보다는 훨씬 작다.
원본 교재 풀이(영어)
The error in our approximation using through term N is at most (2(N+1))!1. We want (2(N+1))!1<10001. By checking small values of N, we see that 8!=40320>1000, so if N=3, then 2(N+1)!1=403201<10001. So, for our approximation, it suffices to consider the first four terms of our series.
an 을 다음과 같이 정의하세요.
an={−en/2n2n이소수이면n이소수가아니면
급수
n=1∑∞enan 이 수렴함을 보이세요.
영어 원문 보기
Let an be defined as
an={−en/2n2 if n is prime if n is not prime
Show that the series
n=1∑∞enan converges.
정답·풀이 보기
이 급수의 항은 음수일 때도 있고 양수일 때도 있다. 그러나 엄밀하게 교대로 나타나는 것은 아니므로 교대급수 판정법을 쓸 수 없다. 대신 직접 비교판정법을 사용하여 이 급수가 절대수렴함을 보인다.
n 이 소수이면
enan=−enen/2=en/21=(e1)n
n 이 소수가 아니면
enan=−enn2=enn2n 이 충분히 크면 n2<en/2 이므로, n 이 충분히 클 때
enn2≤(e1)n
이다.
e>1 이므로 e>1 이고, 따라서 등비급수 ∑(e1)n 은 ∣r∣=r=e1<1 이므로 수렴한다. 직접 비교판정법에 의해 n=1∑∞enan 도 수렴한다. 그러면
n=1∑∞enan 은 절대수렴하므로 수렴한다.
원본 교재 풀이(영어)
The terms of this series are sometimes negative and sometimes positive. But, they are not strictly alternating, so we can't use the alternating series test. Instead, we use a direct comparison test to show the series converges absolutely.
If n is prime, then
enan=−enen/2=en/21=(e1)n
If n is not prime, then
enan=−enn2=enn2
For n sufficiently large, n2<en/2, so for n sufficiently large,
enn2≤(e1)n.
Since e>1, then e>1, so the geometric series ∑(e1)n has ∣r∣=r=e1<1, so it converges. By the direct comparison test, n=1∑∞enan converges as well. Then
n=1∑∞enan converges absolutely, so it converges.