이다. 따라서 비판정법에 의해 ∣x∣<9 일 때 급수 ∑n=2∞32nlognxn 는 수렴하고 급수 ∑n=2∞32nlognxn 는 절대수렴하며, ∣x∣>9 일 때 급수 ∑n=2∞32nlognxn 는 발산한다. 이제 x=±9 만 남는다.
x=−9 일 때 n=2∑∞32nlognxn=n=2∑∞logn(−1)n 이고, 이 급수는 교대급수 판정법에 의해 수렴한다.
x=+9 일 때 n=2∑∞32nlognxn=n=2∑∞logn1 이고, 이는 n=2∑∞logn(−1)n 과 같은 급수이다.
곧 n≥logn 임을 보일 것이며, 따라서 모든 n≥1 에 대해 logn1≥n1 이다.
이로부터 급수 n=2∑∞logn1 은 발산하는 급수
n=2∑∞np1p=1 과의 비교에 의해 발산한다.
이로써 x=9 일 때의 발산과
x=−9 일 때 절대수렴하지 않음이 모두 얻어진다.
마지막으로, 모든 n≥1 에 대해 n−logn>0 임을 보인다.
f(x)=x−logx 라 하자. 그러면 f(1)=1>0 이고
f′(x)=1−x1≥0모든x≥1
이다. 따라서 f(x) 는 x=1 일 때 (엄밀하게) 양수이고, 모든 x≥1 에 대해 증가한다. 그러므로 f(x) 는 모든 x≥1 에 대해 (엄밀하게) 양수이다.
원본 교재 풀이(영어)
We'll start by applying the ratio test twice,
once for the series whose nth term is an=32nlognxn, and
once for the series whose nth term is an=32nlognxn.
Therefore, by the ratio test, when ∣x∣<9, the series ∑n=2∞32nlognxn
converges and the series ∑n=2∞32nlognxn converges absolutely, and when
∣x∣>9 the series ∑n=2∞32nlognxn diverges. That just leaves x=±9.
For x=−9, n=2∑∞32nlognxn=n=2∑∞logn(−1)n which converges by
the alternating series test.
For x=+9, n=2∑∞32nlognxn=n=2∑∞logn1 which is the same series
as n=2∑∞logn(−1)n.
We shall shortly
show that n≥logn, and hence logn1≥n1
for all n≥1.
This implies that the series n=2∑∞logn1
diverges by comparison with the divergent series
n=2∑∞np1p=1.
This yelds both divergence for x=9 and
also the failure of absolute convergence for x=−9.
Finally, we show that n−logn>0, for all n≥1.
Set f(x)=x−logx. Then f(1)=1>0 and
f′(x)=1−x1≥0for all x≥1
So f(x) is (strictly) positive when x=1 and is increasing for all
x≥1. So f(x) is (strictly) positive for all x≥1.
We know that differentiation preserves the radius
of convergence of power series. So this series has radius of
convergence 1 (the radius of convergence of the original
geometric series). At x=±1 the series diverges by the divergence
test. So the series converges for −1<x<1.
{an} 은 어떤 실수 C>0 에 대해 n→∞ 일 때 nan 이 C 로 감소하는 수열이라고 하자.
(a) n=1∑∞anxn 의 수렴 반지름을 구하세요. 답의 근거를 꼼꼼히 설명하세요.
(b) 위 거듭제곱급수의 수렴 구간, 즉 (a)의 거듭제곱급수가 수렴하는 모든 x 를 구하세요. 답의 근거를 꼼꼼히 설명하세요.
영어 원문 보기
Assume {an} is a sequence such that nan decreases to C as
n→∞ for some real number C>0
(a) Find the radius of convergence of n=1∑∞anxn . Justify your answer carefully.
(b) Find the interval of convergence of the above power series, that is,
find all x for which the power series in (a) converges. Justify your answer carefully.
(b) Just knowing that the radius of convergence is 1, we know that the
series converges for ∣x∣<1 and diverges for ∣x∣>1. That leaves x±1.
When x=+1, the series reduces to n=1∑∞an. We are told that
nandecreases to C>0. So an≥nC. By the comparison test
with the harmonic series n=1∑∞n1, which diverges by the p–test
with p=1, our series diverges when x=1.
When x=−1, the series reduces to n=1∑∞(−1)nan.
We are told that nandecreases to C>0. So an>0 and an converges to
0 as n→∞. Consequently n=1∑∞(−1)nan
converges by the alternating series test.
f(x)=n=0∑∞An(x−c)n 이라 하자. 여기서 c 는 어떤 상수이고 {An} 은 상수로 이루어진 수열이다. 또한 f(x) 는 양의 수렴 반지름을 갖는다고 하자.
A1=0 이면 y=f(x) 가 x=c 에서 임계점을 가짐을 보이세요. 그 점에서 그래프의 모양과 A2 의 값 사이에는 어떤 관계가 있는지 설명하세요.
영어 원문 보기
Let f(x)=n=0∑∞An(x−c)n, for some constant c and a sequence of constants {An}. Further, let f(x) have a positive radius of convergence.
If A1=0, show that y=f(x) has a critical point at x=c. What is the relationship between the behaviour of the graph at that point and the value of A2?
Following the second derivative test, x=c is the location of a local maximum if A2<0, and it is the location of a local minimum if A2>0. (If A2=0, the critical point may or may not be a local extremum.)
We recognize
n=3∑∞5n−1n as
f(x)=n=3∑∞n⋅xn−1, evaluated at x=51. We should figure out what f(x) is in equation form (as opposed to power series form). Notice that this looks similar to the derivative of the geometric series ∑xn.