Абсолютная сходимость рядов. Абсолютная и условная сходимости рядов Знакочередующиеся ряды

с (вообще говоря) комплексными членами, для к-рого сходится ряд

Для абсолютной сходимости ряда (1) необходимо и достаточно (критерий Коши абсолютной сходимости ряда), чтобы для любого существовал такой номер , что для всех номеров и всех целых выполнялось

Если ряд абсолютно сходится, то он сходится. Ряд

абсолютно сходится а ряд

сходится, но не абсолютно. Пусть

Ряд, составленный из тех же членов, что и ряд (1), но взятых, вообще говоря, в другом порядке. Из абсолютной сходимости ряда (1) следует и абсолютная ряда (3), и ряд(З) имеет ту же самую сумму, что и ряд (1). Если ряды

абсолютно сходятся, то: любая их линейная комбинация

также абсолютно сходится; ряд, полученный из всевозможных попарных произведений членов этих рядов, расположенных в произвольном порядке, также абсолютно сходится и его сумма равна произведению сумм данных рядов. Перечисленные свойства абсолютно сходящихся рядов переносятся и на кратные ряды

абсолютно сходится, т. е. абсолютно сходятся все ряды, получающиеся последовательным суммированием членов ряда (4) по индексам причем суммы кратного ряда (4) и повторного (5) равны и совпадают с суммой любого однократного ряда, образованного из всех членов ряда (4).

Если члены ряда (1) суть элементы нек-рого банахова пространства с нормой элементов то ряд (1) наз. абсолютно сходящимся, если сходится ряд

На случай А. с. р. элементов банахова пространства также обобщаются рассмотренные выше свойства абсолютно сходящихся числовых рядов, в частности А. с. р. элементов банахова пространства сходится в этом пространстве. Аналогичным образом понятие А. с. р. переносится и на кратные ряды в банаховом пространстве.

Математическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . И. М. Виноградов . 1977-1985 .

Смотреть что такое "АБСОЛЮТНО СХОДЯЩИЙСЯ РЯД" в других словарях:

Функциональный ряд (1) с (вообще говоря) комплексными членами, сходящийся на множестве X, и такой, что для любого e>0 существует номер ne , что для всех n>ne и всех выполняется неравенство где и Иными словами, последовательность частичных… … Математическая энциклопедия

Содержание. 1) Определение. 2) Число, определяемое рядом. 3) Сходимость и расходимость рядов. 4) Условная и абсолютная сходимость. 5) Равномерная сходимость. 6) Разложение функций в ряды. 1. Определения. Р. есть последовательность элементов,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Б е с к о н е ч н а я с у м м а, последовательность элементов (наз. ч л е н а м и д а н н о г о р я д а) нек рого линейного топологич. пространства и определенное бесконечное множество их конечных сумм (наз. ч а с т и ч н ы м и с у м м а м и р я… … Математическая энциклопедия

Ряд, бесконечная сумма, например вида u1 + u2 + u3 +... + un +... или, короче, . (1) Одним из простейших примеров Р., встречающихся уже в элементарной математике, является сумма бесконечно убывающей геометрической прогрессии 1 + q + q 2 +... + q… …

I бесконечная сумма, например вида u1 + u2 + u3 +... + un +... или, короче, Одним из простейших примеров Р., встречающихся уже в элементарной математике, является сумма бесконечно убывающей… … Большая советская энциклопедия

Последовательность функций, которые в незаштрихованной области сходятся к натуральному логарифму (красный). В данном случае это N я частичная сумма степенного ряда, где N указывает на число слагаемых. Функциональный ряд … Википедия

S кратный ряд, выражение вида составленное из членов таблицы Каждый член этой таблицы занумерован индексами т, п, . . . , р, к рые пробегают независимо друг от друга все натуральные числа. Теория К. р. аналогична теории двойных рядов. См. также… … Математическая энциклопедия

Ряд по косинусам и синусам кратных дуг, т. е. ряд вида или в комплексной форме где ak, bk или, соответственно, ck наз. коэффициентами Т. р. Впервые Т. р. встречаются у Л. Эйлера (L. Euler, 1744). Он получил разложения В сер. 18 в. в связи с… … Математическая энциклопедия

Ряд где функции, голоморфные в нек рой не зависящей от kобласти Если для всех, то ряд (*) наз. рядом Гартогса. Всякая функция, голоморфная в Гартогса области D вида разлагается в абсолютно и равномерно сходящийся внутри DГ. Л. р. В полных… … Математическая энциклопедия

Знакочередующийся ряд является частным случаем знакопеременного ряда.

Определение 2.2. Числовой ряд , члены которого после любого номера имеют разные знаки, называется знакопеременным .

Для знакопеременных рядов имеет место следующий общий достаточный признак сходимости .

Теорема 2.2. Пусть дан знакопеременный ряд

Если сходится ряд, составленный из модулей членов данного ряда

то сходится и сам знакопеременный ряд (2.2).

Надо отметить, что обратное утверждение неверно: если сходится ряд (2.2), то это не означает, что будет сходиться ряд (2.3).

Определение 2.3. абсолютно сходящимся , если ряд, составленный из модулей его членов, сходится.

Знакопеременный ряд называется условно сходящимся , если сам он сходится, а ряд, составленный из модулей его членов, расходится.

Среди знакопеременных рядов абсолютно сходящиеся ряды занимают особое место. Такие ряды обладают рядом свойств, которые сформулируем без доказательства.

Произведение двух абсолютно сходящихся рядов с суммами и есть абсолютно сходящийся ряд, сумма которого равна .

Таким образом, абсолютно сходящиеся ряды суммируются, вычитаются, перемножаются как обычные ряды. Суммы таких рядов не зависит от порядка записи членов.

В случае условно сходящихся рядов соответствующие утверждения (свойства), вообще говоря, не имеют места.

Так, переставляя члены условно сходящегося ряда, можно добиться того, что сумма ряда измениться. Например, ряд условно сходится по признаку Лейбница. Пусть сумма этого ряда равна . Перепишем его члены так, что после одного положительного члена будут идти два отрицательных. Получим ряд

Сумма уменьшилась вдвое!

Более того, путем перестановки членов условно сходящегося ряда можно получить сходящийся ряд с заранее заданной суммой или расходящийся ряд (теорема Римана).

Поэтому действия над рядами нельзя производить, не убедившись в их абсолютной сходимости. Для установления абсолютной сходимости используют все признаки сходимости числовых рядов с положительными членами, заменяя всюду общий член его модулем.

Пример 2.1. .

Решение. Исходный ряд знакопеременный. Рассмотрим ряд, составленный из абсолютных величин членов данного ряда, т.е. ряд . Так как , то члены сходного ряда не больше членов ряда Дирихле , который, как известно, сходится. Следовательно, на основании признака сравнения данный ряд сходится абсолютно. ,

Пример 2.2. Исследовать на сходимость ряд .

Решение.

2) Рассмотрим ряд, составленный из абсолютных членов . Исследуем его на сходимость, используя признак Даламбера

По признаку Даламбера ряд, составленный из абсолютных членов, сходится. Значит, исходный знакочередующийся ряд сходится абсолютно. ,

Пример 2.3. Исследовать на сходимость ряд .

Решение. 1) Данный ряд знакочередующийся. Используем признак Лейбница. Проверим, выполняются ли условия.

Следовательно, исходный ряд сходится.

2) Рассмотрим ряд, составленный из абсолютных членов . Исследуем его на сходимость, используя предельный признак сравнения. Рассмотрим гармонический ряд , который расходится.

Следовательно, оба ряда ведут себя одинаково, т.е. ряд, составленный из абсолютных членов, тоже расходится. Значит, исходный знакочередующийся ряд сходится условно. ,

Теперь мы перейдем к изучению рядов, члены которых являются вещественными числами любого знака.

Определение 1. Будем называть ряд

абсолютно сходящимся, если сходится ряд

Заметим, что в этом определении ничего не сказано о том, предполагается ли при этом сходимость самого ряда (1.49). Оказывается, такое предположение оказалось бы излишним, ибо справедлива следующая теорема.

Теорема 1.9. Из сходимости ряда (1.50) вытекает сходимость ряда (1.49).

Доказательство. Воспользуемся критерием Коши для ряда (т. е. теоремой 1.1). Требуется доказать, что для любого найдется номер такой, что для всех номеров удовлетворяющих условию и для любого натурального справедливо неравенство

Фиксируем любое . Так как ряд (1.50) сходится, то в силу теоремы 1.1 найдется номер такой, что для всех номеров удовлетворяющих условию и для любого натурального справедливо неравенство

Так как модуль суммы нескольких слагаемых не превосходит суммы их модулей, то

Сопоставляя неравенства (1.52) и (1.53), получим неравенства (1.51). Теорема доказана.

Определение 2. Ряд (1.49) называется условно сходящимся, если этот ряд сходится, в то время как соответствующий ряд из модулей (1.50) расходится.

Примером абсолютно сходящегося ряда может служить ряд.

Этот ряд сходится абсолютно, ибо при сходится ряд (1.33).

Приведем пример условно сходящегося ряда. Докажем условную сходимость ряда

Так как соответствующий ряд из модулей (гармонический ряд), как мы уже знаем, расходится, то для доказательства условной сходимости ряда (1.54) достаточно доказать, что этот ряд сходится. Докажем, что ряд (1.54) сходится к числу . В п. 2 § 9 гл. 6 ч. 1 мы получили разложение по формуле Маклорена функции

Там же для всех х из сегмента получена следующая оценка остаточного члена.

Ряд

Пусть задан ряд ∑ a n {\displaystyle \sum a_{n}} и α = lim ¯ n → ∞ ⁡ | a n | n {\displaystyle \alpha =\varlimsup _{n\to \infty }{\sqrt[{n}]{|a_{n}|}}} . Тогда

Утверждение о сходимости в признаках Коши и Даламбера выводится из сравнения с геометрической прогрессией (со знаменателями lim ¯ n → ∞ ⁡ | a n + 1 a n | {\displaystyle \varlimsup _{n\to \infty }\left|{\frac {a_{n+1}}{a_{n}}}\right|} и α {\displaystyle \alpha } соответственно), о расходимости - из того, что общий член ряда не стремится к нулю.

Признак Коши сильнее признака Даламбера в том смысле, что если признак Даламбера указывает на сходимость, то и признак Коши указывает на сходимость; если признак Коши не позволяет сделать вывода о сходимости, то и признак Даламбера тоже не позволяет сделать никаких выводов; существуют ряды, для которых признак Коши указывает на сходимость, а признак Даламбера не указывает на сходимость.

Интегральный признак Коши - Маклорена

Пусть задан ряд ∑ n = 1 ∞ a n , a n ⩾ 0 {\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }a_{n},a_{n}\geqslant 0} и функция f (x) : R → R {\displaystyle f(x):\mathbb {R} \to \mathbb {R} } такая, что:

Тогда ряд ∑ n = 1 ∞ a n {\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }a_{n}} и интеграл ∫ 1 ∞ f (x) d x {\displaystyle \int \limits _{1}^{\infty }f(x)dx} сходятся или расходятся одновременно, причем ∀ k ⩾ 1 ∑ n = k ∞ a n ⩾ ∫ k ∞ f (x) d x ⩾ ∑ n = k + 1 ∞ a n {\displaystyle \forall k\geqslant 1\ \sum _{n=k}^{\infty }a_{n}\geqslant \int \limits _{k}^{\infty }f(x)dx\geqslant \sum _{n=k+1}^{\infty }a_{n}}

Признак Раабе

Пусть задан ряд ∑ a n {\displaystyle \sum a_{n}} , a n > 0 {\displaystyle a_{n}>0} и R n = n (a n a n + 1 − 1) {\displaystyle R_{n}=n\left({\frac {a_{n}}{a_{n+1}}}-1\right)} .

Признак Раабе основан на сравнении с обобщенным гармоническим рядом

Действия над рядами

Примеры

Рассмотрим ряд 1 2 + 1 3 + 1 2 2 + 1 3 2 + 1 2 3 + . . . {\displaystyle {\frac {1}{2}}+{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{2^{2}}}+{\frac {1}{3^{2}}}+{\frac {1}{2^{3}}}+...} . Для этого ряда:

Таким образом, признак Коши указывает на сходимость, признак Даламбера же не позволяет сделать никаких заключений.

Рассмотрим ряд ∑ n = 1 ∞ 2 n − (− 1) n {\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }2^{n-(-1)^{n}}}

Таким образом, признак Коши указывает на расходимость, признак Даламбера же не позволяет сделать никаких заключений.

Ряд ∑ n = 1 ∞ 1 n α {\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{\alpha }}}} сходится при α > 1 {\displaystyle \alpha >1} и расходится при α ⩽ 1 {\displaystyle \alpha \leqslant 1} , однако:

Таким образом, признаки Коши и Даламбера не позволяют сделать никаких выводов.

Ряд ∑ n = 1 ∞ (− 1) n n {\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{n}}} сходится условно по признаку Лейбница , но не абсолютно, так как гармонический ряд ∑ n = 1 ∞ | (− 1) n n | = ∑ n = 1 ∞ 1 n {\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }\left|{\frac {(-1)^{n}}{n}}\right|=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n}}} расходится.

, неограничена в левой окрестности точки b {\displaystyle b} . Несобственный интеграл второго рода ∫ a b f (x) d x {\displaystyle \int \limits _{a}^{b}f(x)dx} называется абсолютно сходящимся , если сходится интеграл ∫ a b | f (x) | d x {\displaystyle \int \limits _{a}^{b}|f(x)|dx} .

Пример 2.

Исследовать, сходится ли ряд .

Поскольку

То ряд сходится.

Интегральный признак сходимости

Интегральный признак сходимости выражается следующей теоремой

Теорема 1.8.

Дан ряд с положительными членами

Если при функция непрерывна, положительна и не возрастает, а в точках принимает значения , то ряд (1.23) и несобственный интеграл (1.24) одновременно сходятся или расходятся.

Доказательство.

Если , то , откуда

;

Если интеграл (1.24) сходится и , то при любом натуральном . Следовательно,

.

Так как монотонно возрастающая и ограниченная последовательность, то существует , т.е. ряд (1.23) также сходится. Если ряд (1.23) сходится и , то при любом .

Из равенства (1.26) следует, что при любом . Несобственный интеграл также сходится.

С помощью интегрального признака можно доказать, что ряд

(1.27)

где любое вещественное число, сходится при и расходится при .

Действительно, сходится при и расходится при .

Знакочередующиеся ряды. Признак Лейбница

Знакочередующимся рядом называется ряд, у которого любые два члена с номерами и имеют противоположные знаки, т.е. ряд вида

(1.30)

Доказательство.

Рассмотрим частичные суммы ряда (1.28) с четными и нечетными номерами:

Преобразуем первую из этих сумм:

В силу условия (1.29) разность в каждой скобке положительна, поэтому сумма и для всех . Итак, последовательность четных частичных сумм является монотонно возрастающей и ограниченной. Она имеет предел, который обозначим через , т.е. . Поскольку , то, принимая во внимание предыдущее равенство и условие (1.30), получаем

Итак, последовательность частичных сумм данного ряда соответственно с четными и нечетными номерами имеют один и тот же предел . Отсюда следует, что последовательность всех частичных сумм ряда имеет предел ; т.е. ряд сходится.

Пример.

Исследовать, сходится ли ряд

(1.31)

Этот ряд является знакочередующимся. Он сходится, поскольку удовлетворяет условиям теоремы

Оценка остатка знакочередующегося ряда определяется с помощью следующей теоремы.

Теорема 1.10.

Сумма остатка знакочередующегося ряда, удовлетворяющего условиям теоремы Лейбница, имеет знак первого оставшегося члена и не превосходит его по модулю.

Доказательство.

Рассмотрим остаток ряда (1.28) после членов. Пусть его сумма, -я частичная сумма, тогда

Так как выполнены условия теоремы 1.9, то и при всех , т.е. , откуда

или

Аналогично доказывается, что сумма остатка ряда после членов удовлетворяет условиям , т.е. и .

Следовательно, независимо от четности или нечетности

Рассмотрим ряд, составленный из модулей членов данного ряда:

(1.34)

Теорема 1.11.

Если ряд (1.34) сходится, то сходится и ряд (1.33).

Доказательство.

Поскольку ряд (1.34) сходится, то в силу критерия Коши (теорема 1.1) для любого существует такой номер , то при всех и любом целом выполняется неравенство

.

То . Это означает, что ряд (1.33) также сходится.

Замечание.

Из сходимости ряда (1.33) не следует сходимость ряда (1.34). Например, ряд сходится (см. п. 1.6), а ряд из модулей его членов расходится (гармонический ряд, см. п. 1.2).

абсолютно сходящимся, если сходится ряд из модулей его членов. Например, ряд

является абсолютно сходящимся, поскольку сходится ряд из модулей его членов, т.е. ряд (геометрическая прогрессия со знаменателем , ).

Знакопеременный ряд называется неабсолютно сходящимся (условно сходящимся), если он сходится, а ряд из модулей его членов расходится. Например, ряд является неабсолютно сходящимся (см. замечание).

Действия над рядами.

Произведением ряда

Теорема 1.12.

Если ряд (1.35) сходится, то ряд (1.36) также сходится, причем

(1.37)

Доказательство.

Обозначим через и - е частичные суммы рядов (1.35) и (1.36), т.е.

Очевидно, . Если ряд (1.35) сходится и его сумма равна , т.е. , , то

Кроме ряда (1.35) рассмотрим ряд

также сходится абсолютно и его сумма равна

Замечание.

Правила действия над рядами не всегда совпадают с правилами действий над конечными суммами. В частности, в конечных суммах можно произвольно менять порядок слагаемых, как угодно группировать члены, сумма от этого не изменится. Слагаемые конечной суммы можно складывать в обратном порядке, для ряда такой возможности нет, ибо у него не существует последнего члена.

В ряде не всегда можно группировать члены. Например, ряд

является расходящимся, так как

и нет предела его частичных сумм. После группировки членов

получаем сходящийся ряд, его сумма равна нулю. При другой группировке членов

получаем сходящийся ряд, сумма которого равна единице.

Приведем без доказательства две теоремы.

Теорема 1.14.

Перестановка членов абсолютно сходящегося ряда не нарушает его сходимости, сумма ряда при этом остается прежней.

Теорема 1.15.

Если ряд сходится неабсолютно, то путём надлежащей перестановки его членов всегда можно придать сумме ряда произвольное значение и даже сделать ряд расходящимся.