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 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.