유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
13문제 · 1 / 1쪽
1.OpenStax 2권 · 5.4절 · 38번대학 수준우리말 번역
an≥0 이고 bn≥0 이며 ∑n=1∞a2n 과 ∑n=1∞b2n 이 수렴한다고 하자. ∑n=1∞anbn 이 수렴하고 ∑n=1∞anbn≤21(∑n=1∞an2+∑n=1∞bn2) 임을 증명하세요.
영어 원문 보기
Suppose that an≥0 and bn≥0 and that ∑n=1∞a2n and ∑n=1∞b2n converge. Prove that ∑n=1∞anbn converges and ∑n=1∞anbn≤21(∑n=1∞an2+∑n=1∞bn2).
정답·풀이 보기
(a−b)2=a2−2ab+b2 또는 a2+b2≥2ab 이므로, 수렴은 2anbn 과 a2n+b2n 의 비교에서 얻어진다. 좌변의 부분합이 우변의 부분합으로 유계이므로 무한급수에 대해서도 부등식이 성립한다.
원본 교재 풀이(영어)
(a−b)2=a2−2ab+b2 or a2+b2≥2ab, so convergence follows from comparison of 2anbn with a2n+b2n. Since the partial sums on the left are bounded by those on the right, the inequality holds for the infinite series.
an≥0 이고 ∑n=1∞an 이 수렴하면 ∑n=1∞a2n 도 수렴함을 보이세요. ∑n=1∞a2n 이 수렴하면 ∑n=1∞an 도 반드시 수렴합니까?
영어 원문 보기
Show that if an≥0 and ∑n=1∞an converges, then ∑n=1∞a2n converges. If ∑n=1∞a2n converges, does ∑n=1∞an necessarily converge?
정답·풀이 보기
an→0 이므로 충분히 큰 n 에 대해 a2n≤∣an∣ 이다. 수렴은 극한비교판정법에 의해 따른다. ∑1/n2 은 수렴하지만 ∑1/n 은 수렴하지 않으므로, ∑n=1∞a2n 이 수렴한다는 사실이 ∑n=1∞an 이 수렴함을 뜻하지는 않는다.
원본 교재 풀이(영어)
an→0, so a2n≤∣an∣ for large n. Convergence follows from limit comparison. ∑1/n2 converges, but ∑1/n does not, so the fact that ∑n=1∞a2n converges does not imply that ∑n=1∞an converges.
앞의 연습문제를 보면, 항 다섯 개 중 약 하나꼴로 항을 지운 조화급수의 부분급수가 수렴할 수도 있다는 것이 놀라울 수 있다. 솎아 낸 조화급수란 ∑n=1∞n1 에서, n 의 십진 전개에 주어진 숫자, 예를 들어 9 가 나타나면 항 1/n 을 제거하여 얻은 급수이다. 다음 물음에 답하여 이 솎아 낸 조화급수가 수렴함을 논증하세요.
a. d 자리인 0 이상의 정수 n 은 모두 몇 개입니까?
b. d 자리인 0 이상의 정수 중 어느 자리에도 9 가 들어 있지 않은 것의 개수 h(d) 는 얼마입니까?
c. d 자리 수 중 가장 작은 수 m(d) 는 얼마입니까?
d. 솎아 낸 조화급수가 ∑d=1∞m(d)h(d) 로 유계인 이유를 설명하세요.
e. ∑d=1∞m(d)h(d) 이 수렴함을 보이세요.
영어 원문 보기
In view of the previous exercise, it may be surprising that a subseries of the harmonic series in which about one in every five terms is deleted might converge. A depleted harmonic series is a series obtained from ∑n=1∞n1 by removing any term 1/n if a given digit, say 9, appears in the decimal expansion of n. Argue that this depleted harmonic series converges by answering the following questions.
a. How many whole numbers n have d digits?
b. How many d-digit whole numbers h(d). do not contain 9 as one or more of their digits?
c. What is the smallest d-digit number m(d)?
d. Explain why the deleted harmonic series is bounded by ∑d=1∞m(d)h(d).
e. Show that ∑d=1∞m(d)h(d) converges.
정답·풀이 보기
a. 10d−10d−1<10d b. h(d)<9d c. m(d)=10d−1+1 d. 솎아 낸 조화급수의 항들을 자릿수별로 묶는다. h(d) 는 항의 개수의 상한이고, 각 항은 1/m(d) 이하이다. ∑d=1∞h(d)/m(d)≤∑d=1∞9d/(10)d−1≤90. 비교를 이용하면 이 값을 80 보다 작게 어림할 수도 있다. 실제 값은 23 보다 작다.
원본 교재 풀이(영어)
a. 10d−10d−1<10d b. h(d)<9d c. m(d)=10d−1+1 d. Group the terms in the deleted harmonic series together by number of digits. h(d) bounds the number of terms, and each term is at most 1/m(d).∑d=1∞h(d)/m(d)≤∑d=1∞9d/(10)d−1≤90. One can actually use comparison to estimate the value to smaller than 80. The actual value is smaller than 23.
급수 n=1∑∞an 이 수렴하고 모든 n 에 대해 1>an≥0 이라 하자. 이때 급수 n=1∑∞1−anan 도 수렴함을 증명하세요.
영어 원문 보기
Suppose that the series n=1∑∞an
converges and that 1>an≥0 for all n. Prove that the series
n=1∑∞1−anan also converges.
정답·풀이 보기
증명의 방향을 잡기 위해 먼저 직관을 얻어 보자. n=1∑∞an 이 수렴하므로 n→∞ 일 때 an 은 0 으로 수렴한다. 따라서 n 이 충분히 크면 1−anan≈1−0an=1an 이고, ∑an 이 수렴함을 알고 있다. 그러므로 "큰" 번호의 항들을 유한 개의 작은 번호의 항들과 분리하려고 한다.
n→∞liman=0 이므로, 모든 n>N 에 대해 21>an≥0 이 되게 하는 (1보다 작은 양수라면 21 뿐 아니라 어떤 수를 택해도 된다.) 정수 N 이 반드시 존재한다. 그러면 n>N 일 때,
Let's get some intuition to guide us through a proof. Since n=1∑∞an, converges an must converge
to zero as n→∞. So, when n is quite large, 1−anan≈1−0an=1an, and we know ∑an converges. So, we want to separate the “large" indices from a finite number of smaller ones.
Since n→∞liman=0, there must be (We could have chosen any positive number strictly less than 1, not only 21.) some integer
N such that 21>an≥0 for all n>N. Then, for n>N,
1−ananFrom the information in the problem statement, we known=N+1∑∞2anSo, by the direct comparison test,n=N+1∑∞1−ananSince the convergence of a series is not affected by its first N terms, as long as N is finite, we concluden=1∑∞1−anan≤1−1/2an=2an=2n=N+1∑∞anconverges. converges as well. converges.
We are told that ∑n=1∞an converges. Thus
we must have that n→∞liman=0. In particular,
there is an index N such that 0≤an≤1 for all n≥N. Then:
0≤an2By the direct comparison test,n=N+1∑∞an2Since convergence doesn’t depend on the first N terms of a series for any finite N,n=1∑∞an2≤anfor n>Nconverges.converges as well.