문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 급수 심화

급수 심화 전체 문제

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49문제 · 2 / 3쪽

21.OpenStax 2권 · 6.3절 · 10번대학 수준우리말 번역

다음 연습문제에서, 나머지 추정식 ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, (여기서 M 은 a 와 주어진 점 사이의 구간에서 ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| 의 최댓값이다)에서 주어진 n 의 값이 ∣Rn∣≤11000|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000} 을 만족시킴을 보이세요. 주어진 점에서 ff 의 테일러 다항식 pn 의 값을 구하세요. ∣Rn∣|Rn| 이 1/10001/1000 보다 작지 않다면, 그 값이 얼마인지 구하세요.

[계산기 사용] (28)1/3;a=27,n=1{(28)}^{1/3};a=27,n=1

영어 원문 보기

In the following exercises, verify that the given choice of n in the remainder estimate ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, where M is the maximum value of ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| on the interval between a and the indicated point, yields ∣Rn∣≤11000.|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000}. Find the value of the Taylor polynomial pn of ff at the indicated point. If ∣Rn∣|Rn| is not less than 1/10001/1000, determine what it is.

[T] (28)1/3;a=27,n=1{(28)}^{1/3};a=27,n=1

정답·풀이 보기

x≥28x\ge 28 일 때 d2dx2x1/3=−29x5/3≥−0.00092…\frac{{d}^{2}}{d{x}^{2}}{x}^{1/3}=-\frac{2}{9{x}^{5/3}}\ge -0.00092\ldots 이므로 나머지 추정식을 선형 근사 x1/3≈p1(27)=3+x−2727{x}^{1/3}\approx {p}_{1}(27)=3+\frac{x-27}{27} 에 적용할 수 있고, 이로부터 (28)1/3≈3+127=3.037‾{(28)}^{1/3}\approx 3+\frac{1}{27}=3.\overline{037} 을 얻는다. 한편 (28)1/3≈3.03658{(28)}^{1/3}\approx 3.03658 이다.

원본 교재 풀이(영어)

d2dx2x1/3=−29x5/3≥−0.00092…\frac{{d}^{2}}{d{x}^{2}}{x}^{1/3}=-\frac{2}{9{x}^{5/3}}\ge -0.00092\ldots when x≥28x\ge 28 so the remainder estimate applies to the linear approximation x1/3≈p1(27)=3+x−2727,{x}^{1/3}\approx {p}_{1}(27)=3+\frac{x-27}{27}, which gives (28)1/3≈3+127=3.037‾,{(28)}^{1/3}\approx 3+\frac{1}{27}=3.\overline{037}, while (28)1/3≈3.03658.{(28)}^{1/3}\approx 3.03658.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.3절 · 56번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
22.OpenStax 2권 · 6.3절 · 11번대학 수준우리말 번역

다음 연습문제에서, 나머지 추정식 ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, (여기서 M 은 a 와 주어진 점 사이의 구간에서 ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| 의 최댓값이다)에서 주어진 n 의 값이 ∣Rn∣≤11000|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000} 을 만족시킴을 보이세요. 주어진 점에서 ff 의 테일러 다항식 pn 의 값을 구하세요. ∣Rn∣|Rn| 이 1/10001/1000 보다 작지 않다면, 그 값이 얼마인지 구하세요.

[계산기 사용] sin⁡(6);a=2π,n=5\sin (6);a=2\pi ,n=5

영어 원문 보기

In the following exercises, verify that the given choice of n in the remainder estimate ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, where M is the maximum value of ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| on the interval between a and the indicated point, yields ∣Rn∣≤11000.|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000}. Find the value of the Taylor polynomial pn of ff at the indicated point. If ∣Rn∣|Rn| is not less than 1/10001/1000, determine what it is.

[T] sin⁡(6);a=2π,n=5\sin (6);a=2\pi ,n=5

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.3절 · 56번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
23.OpenStax 2권 · 6.3절 · 12번대학 수준우리말 번역

다음 연습문제에서, 나머지항 어림 ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1} (여기서 M 은 a 와 주어진 점 사이의 구간에서 ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| 의 최댓값이다)에 대하여, 주어진 n 의 값이 ∣Rn∣≤11000|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000} 을 만족함을 확인하세요. 주어진 점에서 ff 의 테일러 다항식 pn 의 값을 구하세요. ∣Rn∣|Rn| 이 1/10001/1000 보다 작지 않으면, 그 값이 얼마인지 구하세요.

[계산기 사용] e2; a=0,n=9a=0,n=9

영어 원문 보기

In the following exercises, verify that the given choice of n in the remainder estimate ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, where M is the maximum value of ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| on the interval between a and the indicated point, yields ∣Rn∣≤11000.|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000}. Find the value of the Taylor polynomial pn of ff at the indicated point. If ∣Rn∣|Rn| is not less than 1/10001/1000, determine what it is.

[T] e2; a=0,n=9a=0,n=9

정답·풀이 보기

어림 21010!<0.000283\frac{{2}^{10}}{10!}<0.000283 을 이용하면, 9차 테일러 전개를 사용하여 x=2x=2 에서 ex 의 값을 e2≈p9(2)=1+2+222+236+⋯+299!=7.3887…{e}^{2}\approx {p}_{9}(2)=1+2+\frac{{2}^{2}}{2}+\frac{{2}^{3}}{6}+\cdots +\frac{{2}^{9}}{9!}=7.3887\ldots 로 어림할 수 있으며, 실제로는 e2≈7.3891{e}^{2}\approx 7.3891 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Using the estimate 21010!<0.000283\frac{{2}^{10}}{10!}<0.000283 we can use the Taylor expansion of order 9 to estimate ex at x=2.x=2. as e2≈p9(2)=1+2+222+236+⋯+299!=7.3887…{e}^{2}\approx {p}_{9}(2)=1+2+\frac{{2}^{2}}{2}+\frac{{2}^{3}}{6}+\cdots +\frac{{2}^{9}}{9!}=7.3887\ldots whereas e2≈7.3891.{e}^{2}\approx 7.3891.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.3절 · 58번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
24.OpenStax 2권 · 6.3절 · 13번대학 수준우리말 번역

다음 연습문제에서, 나머지 추정식 ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, (여기서 M 은 a 와 주어진 점 사이의 구간에서 ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| 의 최댓값이다)에서 주어진 n 의 값이 ∣Rn∣≤11000|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000} 을 만족시킴을 확인하세요. 주어진 점에서 ff 의 테일러 다항식 pn 의 값을 구하세요. ∣Rn∣|Rn| 이 1/10001/1000 보다 작지 않으면, 그 값이 얼마인지 구하세요.

[계산기 사용] cos⁡(π5);a=0,n=4\cos \left(\frac{\pi }{5}\right);a=0,n=4

영어 원문 보기

In the following exercises, verify that the given choice of n in the remainder estimate ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, where M is the maximum value of ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| on the interval between a and the indicated point, yields ∣Rn∣≤11000.|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000}. Find the value of the Taylor polynomial pn of ff at the indicated point. If ∣Rn∣|Rn| is not less than 1/10001/1000, determine what it is.

[T] cos⁡(π5);a=0,n=4\cos \left(\frac{\pi }{5}\right);a=0,n=4

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6장 복습 · 15번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
25.OpenStax 2권 · 6.3절 · 14번대학 수준우리말 번역

다음 연습문제에서, 나머지 추정식 ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, (여기서 M 은 a 와 주어진 점 사이의 구간에서 ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| 의 최댓값이다)에서 주어진 n 의 선택이 ∣Rn∣≤11000|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000} 을 만족함을 확인하세요. 주어진 점에서 ff 의 테일러 다항식 pn 의 값을 구하세요. ∣Rn∣|Rn| 이 1/10001/1000 보다 작지 않다면, 그 값이 얼마인지 구하세요.

[계산기 사용] ln⁡(2);a=1,n=1000\ln (2);a=1,n=1000

영어 원문 보기

In the following exercises, verify that the given choice of n in the remainder estimate ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, where M is the maximum value of ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| on the interval between a and the indicated point, yields ∣Rn∣≤11000.|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000}. Find the value of the Taylor polynomial pn of ff at the indicated point. If ∣Rn∣|Rn| is not less than 1/10001/1000, determine what it is.

[T] ln⁡(2);a=1,n=1000\ln (2);a=1,n=1000

정답·풀이 보기

dndxn(ln⁡x)=(−1)n−1(n−1)!xn,R1000≈11001\frac{{d}^{n}}{d{x}^{n}}(\ln x)={(-1)}^{n-1}\frac{(n-1)!}{{x}^{n}},{R}_{1000}\approx \frac{1}{1001} 이므로 p1000(1)=∑n=11000(−1)n−1n≈0.6936{p}_{1000}(1)=\sum_{n=1}^{1000}\frac{{(-1)}^{n-1}}{n}\approx 0.6936 이고, 반면 ln⁡(2)≈0.6931⋯\ln (2)\approx 0.6931\cdots 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Since dndxn(ln⁡x)=(−1)n−1(n−1)!xn,R1000≈11001.\frac{{d}^{n}}{d{x}^{n}}(\ln x)={(-1)}^{n-1}\frac{(n-1)!}{{x}^{n}},{R}_{1000}\approx \frac{1}{1001}. One has p1000(1)=∑n=11000(−1)n−1n≈0.6936{p}_{1000}(1)=\sum_{n=1}^{1000}\frac{{(-1)}^{n-1}}{n}\approx 0.6936 whereas ln⁡(2)≈0.6931⋯ .\ln (2)\approx 0.6931\cdots .

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.3절 · 52번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
26.OpenStax 2권 · 6.3절 · 15번대학 수준우리말 번역

다음 연습문제에서, 나머지 추정식 ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, (여기서 M 은 a 와 주어진 점 사이의 구간에서 ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| 의 최댓값이다)에서 주어진 n 의 값이 ∣Rn∣≤11000|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000} 을 만족시킴을 확인하세요. 주어진 점에서 ff 의 테일러 다항식 pn 의 값을 구하세요. ∣Rn∣|Rn| 이 1/10001/1000 보다 작지 않으면, 그 값이 얼마인지 구하세요.

근삿값 sin⁡t≈t−t36+t5120−t75040\sin t\approx t-\frac{{t}^{3}}{6}+\frac{{t}^{5}}{120}-\frac{{t}^{7}}{5040} 에 πt 를 대입한 식을 적분하여 ∫01sin⁡πtπtdt{\int }_{0}^{1}\frac{\sin \pi t}{\pi t}dt 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

In the following exercises, verify that the given choice of n in the remainder estimate ∣Rn∣≤M(n+1)!(x−a)n+1,|{R}_{n}|\le \frac{M}{(n+1)!}{(x-a)}^{n+1}, where M is the maximum value of ∣f(n+1)(z)∣|{f}^{(n+1)}(z)| on the interval between a and the indicated point, yields ∣Rn∣≤11000.|{R}_{n}|\le \frac{1}{1000}. Find the value of the Taylor polynomial pn of ff at the indicated point. If ∣Rn∣|Rn| is not less than 1/10001/1000, determine what it is.

Integrate the approximation sin⁡t≈t−t36+t5120−t75040\sin t\approx t-\frac{{t}^{3}}{6}+\frac{{t}^{5}}{120}-\frac{{t}^{7}}{5040} evaluated at πt to approximate ∫01sin⁡πtπtdt.{\int }_{0}^{1}\frac{\sin \pi t}{\pi t}dt.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.6절 · 53번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
27.OpenStax 2권 · 6.4절 · 63번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] y=∑k=0∞akxky=\sum_{k=0}^{\infty }{a}_{k}{x}^{k} 이 y′=−2xy{y}^{'}=-2xy 와 y(0)=0y(0)=0 을 만족한다고 하자. 모든 kk 에 대해 a2k+1=0{a}_{2k+1}=0 이고 a2k+2=−a2kk+1{a}_{2k+2}=\frac{-{a}_{2k}}{k+1} 임을 보이세요. yy 의 부분합 S20{S}_{20} 을 구간 [−4,4][-4,4] 에서 그래프로 그리세요.

영어 원문 보기

[T] Suppose that y=∑k=0∞akxky=\sum_{k=0}^{\infty }{a}_{k}{x}^{k} satisfies y′=−2xy{y}^{'}=-2xy and y(0)=0.y(0)=0. Show that a2k+1=0{a}_{2k+1}=0 for all kk and that a2k+2=−a2kk+1.{a}_{2k+2}=\frac{-{a}_{2k}}{k+1}. Plot the partial sum S20{S}_{20} of yy on the interval [−4,4].[-4,4].

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 66번
# 테일러 급수의 활용증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
28.OpenStax 2권 · 6장 복습 · 2번대학 수준우리말 번역

거듭제곱급수를 사용하면 ex 의 도함수는 ex{e}^{x}\,\text{의 도함수는}\,{e}^{x}. 임을 보일 수 있습니다. (힌트: ex=∑n=0∞1n!xn.){e}^{x}=\sum_{n=0}^{\infty }\frac{1}{n!}{x}^{n}.) 임을 떠올리세요.)

영어 원문 보기

Power series can be used to show that the derivative of ex is ex.{e}^{x}\,\text{is}\,{e}^{x}. (Hint: Recall that ex=∑n=0∞1n!xn.){e}^{x}=\sum_{n=0}^{\infty }\frac{1}{n!}{x}^{n}.)

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.3절 · 12번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
29.OpenStax 2권 · 6장 복습 · 23번대학 수준우리말 번역

다음 연습문제에서, f(x)f(x) 의 매클로린 급수를 항별로 적분하여 F(x)=∫0xf(t)dtF(x)={\int }_{0}^{x}f(t)dt 의 매클로린 급수를 구하세요.

거듭제곱급수를 이용하여 오일러 공식 eix=cos⁡x+isin⁡x{e}^{ix}=\cos x+i\sin x 가 성립함을 증명하세요.

영어 원문 보기

In the following exercises, find the Maclaurin series for F(x)=∫0xf(t)dtF(x)={\int }_{0}^{x}f(t)dt by integrating the Maclaurin series of f(x)f(x) term by term.

Use power series to prove Euler’s formula: eix=cos⁡x+isin⁡x{e}^{ix}=\cos x+i\sin x

정답·풀이 보기

답은 다양할 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Answers may vary.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.3절 · 6번
# 테일러·매클로린 급수증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
30.CLP-2 · 3.3절 · 20번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요. ∑k=30∞3(1.001)k\displaystyle\sum_{k=30}^\infty 3(1.001)^k.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑k=30∞3(1.001)k\displaystyle\sum_{k=30}^\infty 3(1.001)^k.

정답·풀이 보기

이 급수는 r=1.001r=1.001 인 등비급수이다. ∣r∣>1|r|>1 이므로 발산한다.

원본 교재 풀이(영어)

This is a geometric series with r=1.001r=1.001. Since ∣r∣>1|r|>1, it is divergent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 23번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
31.CLP-2 · 3.3절 · 21번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요: ∑n=3∞(−15)n\displaystyle\sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑n=3∞(−15)n\displaystyle\sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n.

정답·풀이 보기

이 급수는 r=−15r=\frac{-1}{5} 인 등비급수이다. ∣r∣<1|r|<1 이므로 수렴한다.

공식 ∑n=0∞rn=11−r\sum_{n=0}^\infty r^n=\frac{1}{1-r} 을 사용하고 싶지만, 이 급수는 0에서 시작하지 않으므로 다음과 같이 다시 쓴다:

∑n=3∞(−15)n=∑n=0∞(−15)n−∑n=02(−15)n=11−(−1/5)−(1−15+125)=16/5−1+15−125=56+−25+5−125=−1150\begin{aligned} \sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n&= \sum_{n=0}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n- \sum_{n=0}^2 \left(\frac{-1}{5}\right)^n =\frac{1}{1-(-1/5)} - \left(1-\frac{1}{5}+\frac{1}{25} \right)\\ &=\frac{1}{6/5}-1+\frac{1}{5}-\frac{1}{25} = \frac{5}{6}+\frac{-25+5-1}{25}=-\frac{1}{150} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

This is a geometric series with r=−15r=\frac{-1}{5}. Since ∣r∣<1|r|<1, it is convergent.

We want to use the formula ∑n=0∞rn=11−r\sum_{n=0}^\infty r^n=\frac{1}{1-r}, but our series does not start at 0, so we re-write it:

∑n=3∞(−15)n=∑n=0∞(−15)n−∑n=02(−15)n=11−(−1/5)−(1−15+125)=16/5−1+15−125=56+−25+5−125=−1150\begin{aligned} \sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n&= \sum_{n=0}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n- \sum_{n=0}^2 \left(\frac{-1}{5}\right)^n =\frac{1}{1-(-1/5)} - \left(1-\frac{1}{5}+\frac{1}{25} \right)\\ &=\frac{1}{6/5}-1+\frac{1}{5}-\frac{1}{25} = \frac{5}{6}+\frac{-25+5-1}{25}=-\frac{1}{150} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 20번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
32.CLP-2 · 3.3절 · 25번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요: ∑k=0∞2k3k+2\displaystyle\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑k=0∞2k3k+2\displaystyle\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}.

정답·풀이 보기

이 급수는 거의 등비급수의 꼴이다. 먼저 거듭제곱이 k+2k+2 가 아니라 kk 가 되어야 하는데, 3k+2=3k32=9⋅323^{k+2}=3^k3^2=9\cdot3^2 임에 주목하면 다음과 같다.

∑k=0∞2k3k+2=∑k=0∞2k9⋅3k=19∑k=0∞2k3k=19∑k=0∞(23)k이제 r=23 인 등비급수처럼 보인다=19(11−(2/3))=13\begin{aligned} \sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}&=\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{9\cdot3^k} =\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^k}=\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\left(\frac{2}{3}\right)^k \\ \text{이제 $r=\frac{2}{3}$ 인 등비급수처럼 보인다} \\ &=\frac{1}{9}\left(\frac{1}{1-(2/3)}\right)=\frac{1}{3} \end{aligned}

결론: 이 (등비)급수는 수렴하고, 그 합은 13\dfrac{1}{3} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

This is close to being in the form of a geometric series. First, we should have our powers be kk, not k+2k+2, but we notice 3k+2=3k32=9⋅323^{k+2}=3^k3^2=9\cdot3^2, so:

∑k=0∞2k3k+2=∑k=0∞2k9⋅3k=19∑k=0∞2k3k=19∑k=0∞(23)kNow it looks like a geometric series with r=23=19(11−(2/3))=13\begin{aligned} \sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}&=\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{9\cdot3^k} =\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^k}=\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\left(\frac{2}{3}\right)^k \\ \text{Now it looks like a geometric series with $r=\frac{2}{3}$} \\ &=\frac{1}{9}\left(\frac{1}{1-(2/3)}\right)=\frac{1}{3} \end{aligned}

In conclusion: this (geometric) series is convergent, and its sum is 13\dfrac{1}{3}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 24번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
33.CLP-2 · 3.3절 · 37번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요: ∑n=5∞1en\displaystyle\sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑n=5∞1en\displaystyle\sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

∑n=5∞1en=∑n=5∞(1e)n=∑n=0∞(1e)n−∑n=04(1e)n=11−1e−1−(1e)51−1e=(1e)51−1e=1e5(1−1e)=1e5−e4\begin{aligned} \sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}&=\sum_{n=5}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\sum_{n=0}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n-\sum_{n=0}^4 \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\dfrac{1}{1-\frac{1}{e}}-\dfrac{1-\left(\frac{1}{e}\right)^{5}}{1-\frac{1}{e}}\\ &=\dfrac{\left(\frac{1}{e}\right)^5}{1-\frac{1}{e}} =\dfrac{1}{e^5\left(1-\frac{1}{e}\right)}\\ &=\dfrac{1}{e^5-e^4} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

∑n=5∞1en=∑n=5∞(1e)n=∑n=0∞(1e)n−∑n=04(1e)n=11−1e−1−(1e)51−1e=(1e)51−1e=1e5(1−1e)=1e5−e4\begin{aligned} \sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}&=\sum_{n=5}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\sum_{n=0}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n-\sum_{n=0}^4 \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\dfrac{1}{1-\frac{1}{e}}-\dfrac{1-\left(\frac{1}{e}\right)^{5}}{1-\frac{1}{e}}\\ &=\dfrac{\left(\frac{1}{e}\right)^5}{1-\frac{1}{e}} =\dfrac{1}{e^5\left(1-\frac{1}{e}\right)}\\ &=\dfrac{1}{e^5-e^4} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 34번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
34.CLP-2 · 3.3절 · 47번대학 수준우리말 번역

∑n=1∞e−nn\displaystyle\sum\limits_{n=1}^\infty\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} 이 수렴함을 보이고, 이 급수의 정확한 값을 포함하는 길이가 0.050.05 이하인 구간을 구하세요.

영어 원문 보기

Show that ∑n=1∞e−nn\displaystyle\sum\limits_{n=1}^\infty\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} converges and find an interval of length 0.050.05 or less that contains its exact value.

정답·풀이 보기

e−xx=1xex\dfrac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}=\dfrac{1}{\sqrt{x}e^{\sqrt{x}}} 은 xx 가 증가할 때 감소한다. 따라서 모든 n≥1n\ge 1 에 대해

e−xx≥ennx가 구간 [n−1,n] 에 있을 때그러므로∫n−1ne−xx dx≥∫n−1ne−nn dx=[e−nnx]x=n−1x=n=e−nn\begin{aligned} \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}} &\geq \frac{e^{\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}&\text{$x$가 구간 $[n-1,n]$ 에 있을 때}\\ \text{그러므로}\qquad \int_{n-1}^n \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x&\geq\int_{n-1}^n \frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}\ \mathrm{d}x\\ &=\left[\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}x\right]_{x=n-1}^{x=n}\\ &=\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} \end{aligned}

이다. 그러면 모든 N≥1N\ge 1 에 대해

EN=∑n=N+1∞e−nn≤∑n=N+1∞∫n−1ne−xx dx=∫NN+1e−xx dx+∫N+1N+2e−xx dx+⋯=∫N∞e−xx dx\begin{aligned} E_N&=\sum_{n=N+1}^\infty \frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} \le \sum_{n=N+1}^\infty \int_{n-1}^n \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x \\&=\int_{N}^{N+1}\frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x +\int_{N+1}^{N+2} \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x+\cdots\\ &=\int_{N}^\infty \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x \end{aligned}

이다. y=xy=\sqrt{x}, dy=12dxx\mathrm{d}y=\tfrac{1}{2}\frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{x}} 로 치환하면

∫N∞e−xx dx=2∫N∞e−y dy=−2e−y∣N∞=2e−N\begin{aligned} \int_{N}^\infty \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x =2\int_{\sqrt{N}}^\infty e^{-y}\ \mathrm{d}y =-2e^{-y}\Big|_{\sqrt{N}}^\infty =2e^{-\sqrt{N}} \end{aligned}

이다.

이로써 ∑n=N+1∞e−nn\sum_{n=N+1}^\infty\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} 은 수렴하고 그 값은 00 과 2e−N2e^{-\sqrt{N}} 사이에 있음을 알 수 있다. E14=2e−14=0.047E_{14}=2e^{-\sqrt{14}}=0.047 이므로 급수를 n=14n=14 까지만 더해도 된다.

∑n=1∞e−nn=∑n=114e−nn+E14=+0.3679+0.1719+0.1021+0.0677+0.0478=+0.0352+0.0268+0.0209+0.0166+0.0134=+0.0109+0.0090+0.0075+0.0063+E14=0.9042+E14\begin{aligned} \sum_{n=1}^\infty\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} &=\sum_{n=1}^{14}\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}+E_{14}\\ &=\phantom{+}0.3679+0.1719+0.1021+0.0677+0.0478\\ &\phantom{=}+0.0352+0.0268+0.0209+0.0166+0.0134\\ &\phantom{=}+0.0109+0.0090+0.0075+0.0063+E_{14}\\ &=0.9042+E_{14} \end{aligned}

합은 0.9035와 0.9535 사이에 있다. (이는 부분합을 계산할 때 각 항에서 생기는 0.000050.00005 의 반올림 오차까지 고려한 것이다.)

원본 교재 풀이(영어)

Note that e−xx=1xex\dfrac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}=\dfrac{1}{\sqrt{x}e^{\sqrt{x}}} decreases as xx increases. Hence, for every n≥1n\ge 1,

e−xx≥ennfor x in the interval [n−1,n]So,∫n−1ne−xx dx≥∫n−1ne−nn dx=[e−nnx]x=n−1x=n=e−nn\begin{aligned} \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}} &\geq \frac{e^{\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}&\text{for $x$ in the interval $[n-1,n]$}\\ \text{So,}\qquad \int_{n-1}^n \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x&\geq\int_{n-1}^n \frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}\ \mathrm{d}x\\ &=\left[\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}x\right]_{x=n-1}^{x=n}\\ &=\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} \end{aligned}

Then, for every N≥1N\ge 1,

EN=∑n=N+1∞e−nn≤∑n=N+1∞∫n−1ne−xx dx=∫NN+1e−xx dx+∫N+1N+2e−xx dx+⋯=∫N∞e−xx dx\begin{aligned} E_N&=\sum_{n=N+1}^\infty \frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} \le \sum_{n=N+1}^\infty \int_{n-1}^n \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x \\&=\int_{N}^{N+1}\frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x +\int_{N+1}^{N+2} \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x+\cdots\\ &=\int_{N}^\infty \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x \end{aligned}

Substituting y=xy=\sqrt{x}, dy=12dxx\mathrm{d}y=\tfrac{1}{2}\frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{x}},

∫N∞e−xx dx=2∫N∞e−y dy=−2e−y∣N∞=2e−N\begin{aligned} \int_{N}^\infty \frac{e^{-\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}\ \mathrm{d}x =2\int_{\sqrt{N}}^\infty e^{-y}\ \mathrm{d}y =-2e^{-y}\Big|_{\sqrt{N}}^\infty =2e^{-\sqrt{N}} \end{aligned}

This shows that ∑n=N+1∞e−nn\sum_{n=N+1}^\infty\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} converges and is between 00 and 2e−N2e^{-\sqrt{N}}. Since E14=2e−14=0.047E_{14}=2e^{-\sqrt{14}}=0.047, we may truncate the series at n=14n=14.

∑n=1∞e−nn=∑n=114e−nn+E14=+0.3679+0.1719+0.1021+0.0677+0.0478=+0.0352+0.0268+0.0209+0.0166+0.0134=+0.0109+0.0090+0.0075+0.0063+E14=0.9042+E14\begin{aligned} \sum_{n=1}^\infty\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}} &=\sum_{n=1}^{14}\frac{e^{-\sqrt{n}}}{\sqrt{n}}+E_{14}\\ &=\phantom{+}0.3679+0.1719+0.1021+0.0677+0.0478\\ &\phantom{=}+0.0352+0.0268+0.0209+0.0166+0.0134\\ &\phantom{=}+0.0109+0.0090+0.0075+0.0063+E_{14}\\ &=0.9042+E_{14} \end{aligned}

The sum is between 0.9035 and 0.9535. (This even allows for a roundoff error of 0.000050.00005 in each term as we were calculating the partial sum.)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 50번
# 비교 판정법증명·논술도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
35.CLP-2 · 3.3절 · 48번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞an\displaystyle\sum\limits_{n=1}^\infty a_n 이 수렴하고 모든 nn 에 대해 1>an≥01>a_n\ge 0 이라 하자. 이때 급수 ∑n=1∞an1−an\displaystyle\sum\limits_{n=1}^\infty \frac{a_n}{1-a_n} 도 수렴함을 증명하세요.

영어 원문 보기

Suppose that the series ∑n=1∞an\displaystyle\sum\limits_{n=1}^\infty a_n converges and that 1>an≥01>a_n\ge 0 for all nn. Prove that the series ∑n=1∞an1−an\displaystyle\sum\limits_{n=1}^\infty \frac{a_n}{1-a_n} also converges.

정답·풀이 보기

증명의 방향을 잡기 위해 먼저 직관을 얻어 보자. ∑n=1∞an\sum\limits_{n=1}^\infty a_n 이 수렴하므로 n→∞n\rightarrow\infty 일 때 ana_n 은 0 으로 수렴한다. 따라서 nn 이 충분히 크면 an1−an≈an1−0=an1\frac{a_n}{1-a_n} \approx \frac{a_n}{1-0}=\frac{a_n}{1} 이고, ∑an\sum a_n 이 수렴함을 알고 있다. 그러므로 "큰" 번호의 항들을 유한 개의 작은 번호의 항들과 분리하려고 한다.

lim⁡n→∞an=0\lim\limits_{n\to \infty} a_n=0 이므로, 모든 n>Nn>N 에 대해 12>an≥0\tfrac{1}{2}>a_n\ge 0 이 되게 하는 (1보다 작은 양수라면 12\frac12 뿐 아니라 어떤 수를 택해도 된다.) 정수 NN 이 반드시 존재한다. 그러면 n>Nn>N 일 때,

an1−an≤an1−1/2=2an문제에 주어진 정보로부터 다음을 안다.∑n=N+1∞2an=2∑n=N+1∞an은 수렴한다. 따라서 직접 비교 판정법에 의해∑n=N+1∞an1−an도 수렴한다. 급수의 수렴 여부는 처음 N 개의 항에 영향을 받지 않으므로(단, N 이 유한할 때), 다음을 얻는다.∑n=1∞an1−an은 수렴한다.\begin{aligned} \frac{a_n}{1-a_n} &\leq \frac{a_n}{1-1/2}=2a_n \\ \text{문제에 주어진 정보로부터 다음을 안다.} \\ \sum_{n=N+1}^\infty 2a_n&=2\sum_{n=N+1}^\infty a_n\qquad\text{은 수렴한다. } \\ \text{따라서 직접 비교 판정법에 의해} \\ \sum_{n=N+1}^\infty\frac{a_n}{1-a_n}&\qquad\text{도 수렴한다. } \\ \text{급수의 수렴 여부는 처음 $N$ 개의 항에 영향을 받지 않으므로(단, $N$ 이 유한할 때), 다음을 얻는다.} \\ \sum_{n=1}^\infty\frac{a_n}{1-a_n}&\qquad\text{은 수렴한다.} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Let's get some intuition to guide us through a proof. Since ∑n=1∞an\sum\limits_{n=1}^\infty a_n, converges ana_n must converge to zero as n→∞n\rightarrow\infty. So, when nn is quite large, an1−an≈an1−0=an1\frac{a_n}{1-a_n} \approx \frac{a_n}{1-0}=\frac{a_n}{1}, and we know ∑an\sum a_n converges. So, we want to separate the “large" indices from a finite number of smaller ones.

Since lim⁡n→∞an=0\lim\limits_{n\to \infty} a_n=0, there must be (We could have chosen any positive number strictly less than 1, not only 12\frac12.) some integer NN such that 12>an≥0\tfrac{1}{2}>a_n\ge 0 for all n>Nn>N. Then, for n>Nn>N,

an1−an≤an1−1/2=2anFrom the information in the problem statement, we know∑n=N+1∞2an=2∑n=N+1∞anconverges. So, by the direct comparison test,∑n=N+1∞an1−anconverges as well. Since the convergence of a series is not affected by its first N terms, as long as N is finite, we conclude∑n=1∞an1−anconverges.\begin{aligned} \frac{a_n}{1-a_n} &\leq \frac{a_n}{1-1/2}=2a_n \\ \text{From the information in the problem statement, we know} \\ \sum_{n=N+1}^\infty 2a_n&=2\sum_{n=N+1}^\infty a_n\qquad\text{converges. } \\ \text{So, by the direct comparison test,} \\ \sum_{n=N+1}^\infty\frac{a_n}{1-a_n}&\qquad\text{converges as well. } \\ \text{Since the convergence of a series is not affected by its first $N$ terms, as long as $N$ is finite, we conclude} \\ \sum_{n=1}^\infty\frac{a_n}{1-a_n}&\qquad\text{converges.} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 47번
# 비교 판정법증명·논술도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
36.CLP-2 · 3.3절 · 50번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞nan−2n+1n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\frac{na_n-2n+1}{n+1} 이 수렴한다고 가정하세요. 여기서 n=1,2,⋯n = 1, 2, \cdots 에 대해 an>0a_n > 0 입니다. 그러면 다음 급수

−log⁡a1+∑n=1∞log⁡(anan+1)\begin{aligned} -\log a_1 + \sum_{n=1}^\infty \log\Big(\frac{a_n}{a_{n+1}}\Big) \end{aligned}

는 수렴합니까? 답이 '아니요'이면 그 이유를 설명하세요. 답이 '예'이면 급수 −log⁡a1+∑n=1∞log⁡(anan+1)-\log a_1 + \sum\limits_{n=1}^\infty \log\big(\frac{a_n}{a_{n+1}}\big) 의 합을 구하세요.

영어 원문 보기

Assume that the series ∑n=1∞nan−2n+1n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\frac{na_n-2n+1}{n+1} converges, where an>0a_n > 0 for n=1,2,⋯n = 1, 2, \cdots. Is the following series

−log⁡a1+∑n=1∞log⁡(anan+1)\begin{aligned} -\log a_1 + \sum_{n=1}^\infty \log\Big(\frac{a_n}{a_{n+1}}\Big) \end{aligned}

convergent? If your answer is NO, justify your answer. If your answer is YES, evaluate the sum of the series −log⁡a1+∑n=1∞log⁡(anan+1)-\log a_1 + \sum\limits_{n=1}^\infty \log\big(\frac{a_n}{a_{n+1}}\big).

정답·풀이 보기

발산 판정법에 의해 ∑n=1∞nan−2n+1n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\frac{na_n-2n+1}{n+1} 이 수렴하므로 lim⁡n→∞nan−2n+1n+1=0\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\dfrac{na_n-2n+1}{n+1}=0 이다. 이는 다음과 같다.

0=lim⁡n→∞nn+1an−lim⁡n→∞2n−1n+1=lim⁡n→∞an−2  ⟺  lim⁡n→∞an=2\begin{aligned} 0=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{n}{n+1}a_n -\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{2n-1}{n+1} =\lim_{n\rightarrow\infty}a_n -2 \iff \lim_{n\rightarrow\infty}a_n = 2 \end{aligned}

구하려는 급수는 −log⁡a1+∑n=1∞[log⁡(an)−log⁡(an+1)]-\log a_1 + \sum\limits_{n=1}^\infty \big[\log(a_n)-\log(a_{n+1})\big] 로 쓸 수 있으며, 이는 망원급수처럼 보인다. 따라서 부분합

SN=−log⁡a1+∑n=1N[log⁡(an)−log⁡(an+1)]=−log⁡a1+[log⁡(a1)−log⁡(a2)]+[log⁡(a2)−log⁡(a3)]+⋯+[log⁡(aN)−log⁡(aN+1)]=−log⁡(aN+1)\begin{aligned} S_N&=-\log a_1 + \sum_{n=1}^N \big[\log(a_n)-\log(a_{n+1})\big] \\ &=-\log a_1 + \big[\log(a_1)-\log(a_2)\big] + \big[\log(a_2)-\log(a_3)\big] + \cdots + \big[\log(a_N)-\log(a_{N+1})\big]\\ &=-\log(a_{N+1}) \end{aligned}

을 구한 뒤 N→∞N\rightarrow\infty 일 때의 극한을 취하면

−log⁡a1+∑n=1∞[log⁡(an)−log⁡(an+1)]=lim⁡N→∞SN=−lim⁡N→∞log⁡(aN+1)=−log⁡2=log⁡12\begin{aligned} -\log a_1 + \sum_{n=1}^\infty \big[\log(a_n)-\log(a_{n+1})\big] =\lim_{N\rightarrow\infty} S_N =- \lim_{N\rightarrow\infty} \log(a_{N+1}) =-\log 2 =\log\frac{1}{2} \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

By the divergence test, the fact that ∑n=1∞nan−2n+1n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\frac{na_n-2n+1}{n+1} converges guarantees that lim⁡n→∞nan−2n+1n+1=0\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\dfrac{na_n-2n+1}{n+1}=0, or equivalently, that

0=lim⁡n→∞nn+1an−lim⁡n→∞2n−1n+1=lim⁡n→∞an−2  ⟺  lim⁡n→∞an=2\begin{aligned} 0=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{n}{n+1}a_n -\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{2n-1}{n+1} =\lim_{n\rightarrow\infty}a_n -2 \iff \lim_{n\rightarrow\infty}a_n = 2 \end{aligned}

The series of interest can be written −log⁡a1+∑n=1∞[log⁡(an)−log⁡(an+1)]-\log a_1 + \sum\limits_{n=1}^\infty \big[\log(a_n)-\log(a_{n+1})\big] which looks like a telescoping series. So we'll compute the partial sum

SN=−log⁡a1+∑n=1N[log⁡(an)−log⁡(an+1)]=−log⁡a1+[log⁡(a1)−log⁡(a2)]+[log⁡(a2)−log⁡(a3)]+⋯+[log⁡(aN)−log⁡(aN+1)]=−log⁡(aN+1)\begin{aligned} S_N&=-\log a_1 + \sum_{n=1}^N \big[\log(a_n)-\log(a_{n+1})\big] \\ &=-\log a_1 + \big[\log(a_1)-\log(a_2)\big] + \big[\log(a_2)-\log(a_3)\big] + \cdots + \big[\log(a_N)-\log(a_{N+1})\big]\\ &=-\log(a_{N+1}) \end{aligned}

and then take the limit N→∞N\rightarrow\infty

−log⁡a1+∑n=1∞[log⁡(an)−log⁡(an+1)]=lim⁡N→∞SN=−lim⁡N→∞log⁡(aN+1)=−log⁡2=log⁡12\begin{aligned} -\log a_1 + \sum_{n=1}^\infty \big[\log(a_n)-\log(a_{n+1})\big] =\lim_{N\rightarrow\infty} S_N =- \lim_{N\rightarrow\infty} \log(a_{N+1}) =-\log 2 =\log\frac{1}{2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 51번
# 비교 판정법증명·논술도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
37.CLP-2 · 3.3절 · 51번대학 수준우리말 번역

모든 nn 에 대해 an≥0a_n\ge 0 이고 급수 ∑n=1∞an\displaystyle\sum_{n=1}^\infty a_n 이 수렴하면, 급수 ∑n=1∞an2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty a^2_n 도 수렴함을 증명하세요.

영어 원문 보기

Prove that if an≥0a_n\ge 0 for all nn and if the series ∑n=1∞an\displaystyle\sum_{n=1}^\infty a_n converges, then the series ∑n=1∞an2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty a^2_n also converges.

정답·풀이 보기

∑n=1∞an\sum_{n=1}^\infty a_n 이 수렴한다고 하였다. 따라서 lim⁡n→∞an=0\lim\limits_{n\rightarrow\infty}a_n=0 이어야 한다. 특히 n≥Nn\ge N 인 모든 nn 에 대해 0≤an≤10\le a_n\le 1 을 만족하는 번호 NN 이 존재한다. 그러면 다음이 성립한다.

0≤an2≤ann>N 일 때비교판정법에 의해∑n=N+1∞an2은 수렴한다.급수의 수렴은 유한한 N 개의 처음 항들에 의존하지 않으므로,∑n=1∞an2도 수렴한다.\begin{aligned} 0\leq a_n^2 & \leq a_n\qquad\text{$n>N$ 일 때} \\ \text{비교판정법에 의해} \\ \sum_{n=N+1}^\infty a_n^2& \qquad\text{은 수렴한다.} \\ \text{급수의 수렴은 유한한 $N$ 개의 처음 항들에 의존하지 않으므로,} \\ \sum_{n=1}^\infty a_n^2& \qquad\text{도 수렴한다.} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We are told that ∑n=1∞an\sum_{n=1}^\infty a_n converges. Thus we must have that lim⁡n→∞an=0\lim\limits_{n\rightarrow\infty}a_n=0. In particular, there is an index NN such that 0≤an≤10\le a_n\le 1 for all n≥Nn\ge N. Then:

0≤an2≤anfor n>NBy the direct comparison test,∑n=N+1∞an2converges.Since convergence doesn’t depend on the first N terms of a series for any finite N,∑n=1∞an2converges as well.\begin{aligned} 0\leq a_n^2 & \leq a_n\qquad\text{for $n>N$} \\ \text{By the direct comparison test,} \\ \sum_{n=N+1}^\infty a_n^2& \qquad\text{converges.} \\ \text{Since convergence doesn't depend on the first $N$ terms of a series for any finite $N$,} \\ \sum_{n=1}^\infty a_n^2& \qquad\text{converges as well.} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 5.4절 · 12번
# 비교 판정법증명·논술도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
38.CLP-2 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞(−1)n9n+5\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\displaystyle\frac{(-1)^n}{9n+5} 이 절대수렴하는지, 조건수렴하는지, 발산하는지 판단하고, 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Determine whether the series ∑n=1∞(−1)n9n+5\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\displaystyle\frac{(-1)^n}{9n+5} is absolutely convergent, conditionally convergent, or divergent; justify your answer.

정답·풀이 보기

급수 ∑n=1∞(−1)n9n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n}{9n+5} 은 교대급수 판정법에 의해 수렴한다. 한편 급수 ∑n=1∞∣(−1)n9n+5∣=∑n=1∞19n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\big|\frac{(-1)^n}{9n+5}\big| =\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{9n+5} 은 bn=1nb_n=\frac{1}{n} 과의 극한비교판정법에 의해 발산한다. 따라서 주어진 급수는 조건수렴한다.

원본 교재 풀이(영어)

The series ∑n=1∞(−1)n9n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n}{9n+5} converges by the alternating series test. On the other hand the series ∑n=1∞∣(−1)n9n+5∣=∑n=1∞19n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\big|\frac{(-1)^n}{9n+5}\big| =\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{9n+5} diverges by the limit comparison test with bn=1nb_n=\frac{1}{n}. So the given series is conditionally convergent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.4절 · 13번
# 절대수렴과 조건수렴증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
39.CLP-2 · 3.4절 · 10번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} 이 수렴함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that the series ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} converges.

정답·풀이 보기

이 수열에는 양의 항도 있고 음의 항도 있어서 쓸 수 있는 판정법이 제한된다. 그러나 급수 ∑n=1∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right| 을 생각하면 직접 비교판정법을 쓸 수 있다.

모든 nn 에 대해 ∣sin⁡n∣<1| \sin n| <1 이므로 0≤∣sin⁡nn2∣<1n20\le \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right|<\dfrac{1}{n^2} 이다. ∑n=1∞1n2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n^2} 이 수렴하므로 직접 비교판정법에 의해 ∑n=1∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right| 도 수렴한다. 그러면 ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} 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∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right|, we can use the direct comparison test.

For every nn, ∣sin⁡n∣<1| \sin n| <1, so 0≤∣sin⁡nn2∣<1n20\le \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right|<\dfrac{1}{n^2}. Since ∑n=1∞1n2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n^2} converges, then by the direct comparison test, ∑n=1∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right| converges as well. Then ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} converges absolutely– in particular, it converges.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.4절 · 8번
# 절대수렴과 조건수렴증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
40.CLP-2 · 3.4절 · 12번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\dfrac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} 이 수렴함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that the series ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\dfrac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} 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.

∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣≤1+1+122n=52n+1\begin{aligned} \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| \le\frac{1 + 1 +\tfrac12}{2^n} =\frac{5}{2^{n+1}} \end{aligned}

급수 ∑n=1∞52n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{5}{2^{n+1}} 은 공비가 r=12r=\frac{1}{2} 인 등비급수이므로 수렴한다. 직접 비교판정법에 의해 ∑n=1∞∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| 도 수렴한다. 따라서 ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} 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.

∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣≤1+1+122n=52n+1\begin{aligned} \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| \le\frac{1 + 1 +\tfrac12}{2^n} =\frac{5}{2^{n+1}} \end{aligned}

The series ∑n=1∞52n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{5}{2^{n+1}} converges, because it's a geometric series with r=12r=\frac{1}{2}. By the direct comparison test, ∑n=1∞∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| converges as well. Then ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} converges absolutely, so it converges.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.4절 · 10번
# 절대수렴과 조건수렴증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)