Serii geometrice

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În matematică , o serie geometrică este o serie astfel încât relația dintre doi termeni succesivi este constantă.

Definiție

Seria geometrică este o serie de tip . În mod echivalent, poate fi definit ca limita succesiunii sumelor parțiale , in care:

Suma parțială -thth dintr-o serie geometrică este, prin urmare, suma pentru variind de la zero la din . Raportul dintre fiecare termen al sumei și termenul anterior este constant egal cu și se spune motivul seriei .

Acest tip de serie apare cu o frecvență deosebită în analiza algoritmilor ; în multe cazuri, valoarea acestuia din urmă poate fi calculată direct cu formulele ilustrate mai jos. Una dintre cele mai frecvente expresii este tocmai suma parțială a seriei geometrice cunoscute.

Formule

Putem dovedi asta în diverse feluri.

Demonstrația 1

Sa luam in considerare: Înmulțind ambele părți ale ecuației anterioare cu . Vedem că termenii polinomului din la acestea sunt simplificate cu corespondenții însumării:

Mutarea termenului la al doilea membru obținem rapid suma pentru seria geometrică:

Demonstrația 2

Un alt mod pur și simplu algebric de a ajunge la suma de la n este de a începe de la:

apoi scade și împarte totul la ambii membri
atâta timp cât atunci putem scrie
făcând toți pașii algebrici, din această ultimă ecuație, obținem:
cu un ultim pas este suma pe care o căutam.
Demonstrația 3

Este posibil să se demonstreze că tot prin inducție. Observăm că pentru primesti de aceea se verifică baza inductivă. Să presupunem că formula este adevărată pentru , sau că suma primei termenii își merită propriul , apoi suma primului se aplică termenii

Prin urmare, formula, presupusă a fi adevărată pentru prima termeni, este valabil și pentru primul prin urmare, s-a dovedit prin inducție matematică că:

Observăm că această formulă este valabilă pentru , de sine suma este banală .

Dacă seria nu începe de la, ci de la un alt termen , asa de

Prin derivarea sumei cu privire la puteți găsi formule pentru astfel de sume

de exemplu:

Comportamentul seriei

Seria are următorul caracter:

  • divergent pentru pentru ca ai iar prin teorema comparației diverg;
  • nedeterminat pentru pentru ca ai Și nu există (unele texte raportează, pentru acest caz, caracterul divergent, ceea ce înseamnă că );
  • nedeterminată în cauză , deoarece funcția sumă oscilează între Și
  • convergent când

Dacă într-adevăr suma seriei există și este valabilă

Această ultimă formulă este valabilă în orice algebră Banach cu condiția ca norma de e mai puțin decât și, de asemenea, în domeniul numerelor p-adic se . În special este valabil în câmpul numerelor complexe cu definiția obișnuită a valorii absolute .

Dovadă alternativă

Are asta ;

asa de

Prin urmare, este adevărat

În acest moment, dacă și numai dacă , are sens să scrii: , cvd

Ca și în cazul sumelor finite, putem obține seria pentru a găsi formule pentru sume analoage. De exemplu:

Această formulă este, desigur, valabilă numai pentru .

Estimarea sumei

Pentru a estima suma geometrică finită cunoscând cea infinită, rupem seria după cum urmează

amintindu-ne că seria geometrică are o sumă egală cu obținem asta

Serii geometrice trunchiate

Dacă apare asta avem asta:

Functia se numește o serie geometrică trunchiată . Seria geometrică trunchiată stă la baza estimărilor sumelor foarte complexe. Folosind operatorul (unde cu derivatul este indicat) avem că

referindu-se la seria geometrică trunchiată. Așa că o ai

Exemple

Vrem să calculăm următoarea sumă:

Să luăm în considerare funcția

și observăm că derivata sa este dată de

aceasta înseamnă că

și, prin urmare, problema noastră se reduce la evaluarea derivatei de în . Atâta timp cât pentru fiecare noi obținem

si in consecinta

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Controlul autorității GND ( DE ) 4156721-3
Matematica Portalul de matematică : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de matematică