[wiskunde] convergentie van reeksen

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Berichten: 8.614

[wiskunde] convergentie van reeksen

Opgave:

Onderzoek het convergentiegedrag van de volgende reeksen met gelijk welke methode:

1)
\(\sin^2(\alpha)} + \frac{\sin^4(\alpha)}{2} + \frac{\sin^6(\alpha)}{3} + \cdots + \frac{\sin^{2n}(\alpha)}{n} + \cdots\)
[/i] met
\(\alpha \in \left]-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2} \right[\)
Mijn oplossing:

Alle termen zijn positief, dus kunnen we het convergentiekenmerk van d'Alembert gebruiken:
\(\lim_{n \to +\infty} \frac{u_{n+1}}{u_n} = \lim_{n \to +\infty} \frac{\frac{\sin^{2n+2}(\alpha)}{n+1}}{\frac{\sin^{2n}(\alpha)}{n}} = \lim_{n \to +\infty} \frac{\sin^{2n+2}(\alpha)}{n+1} \cdot \frac{n}{\sin^{2n}(\alpha)} = \sin^2(\alpha) \cdot \lim_{n \to +\infty} \frac{n}{n+1} = \sin^2(\alpha)\)
Aangezien
\(\alpha \in \left]-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2} \right[\)
, is
\(\sin^2(\alpha) \in\ ]0,1[\)
en bijgevolg convergeert deze reeks.

Is deze redenering correct. Ik meen van wel, maar zoals wel vaker gebeurt, twijfel ik weer aan mezelf.
Geloof niet alles wat je leest.


Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Lijkt me goed.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Berichten: 8.614

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Bedankt. Ik zit wél in de knoop met een andere reeks. De opgave is dezelfde (onderzoek het convergentiegedrag met gelijk welke methode), de betreffende reeks is
\(\sum_{n=1}^{\infty} \frac{\arctan(n)}{1+n^2}\)
.

Ik kan er geen bekende reeks in herkennen, d'Alembert is onbruikbaar, de limiet van de algemene term is gelijk aan nul en ik kan geen formule voor de partiële som bepalen.

Het enige wat ik kan bedenken is het zoeken van een passende minorante divergente of een majorante convergente reeks, maar ik heb geen originele invallen.

Iemand? Een kleine tip is goed genoeg. Alvast bedankt.
Geloof niet alles wat je leest.


Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Mss gebruik maken van het feit dat arctan steeds kleiner is dan 1? Dan heb je
\(\frac{1}{1+n^{2}} = ...\)
...Kan je hiermee verder?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 8.614

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Mss gebruik maken van het feit dat arctan steeds kleiner is dan 1?
Dat is toch niet zo, of wel? De arctangens ligt tussen
\(-\frac{\pi}{2}\)
en
\(\frac{\pi}{2}\)
.
Geloof niet alles wat je leest.


Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

dju idd :D Mar verandert toch niet veel? Die
\(\frac{\pi}{2}\)
is gewoon een constante die voor de reeks komt. Denk aan bijv de reeks:
\(\sum_n \frac{3}{n^{2}}\)
, die blijft toch convergent...
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 8.614

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Je hebt me wel op een idee gebracht. Aangezien de arctangens steeds kleiner is dan
\(\frac{\pi}{2}\)
, is de reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\arctan(k)}{1+k^2}\)
een minorante reeks van
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\frac{\pi}{2}}{1+k^2}\)
. We kunnen bewijzen dat die laatste reeks convergeert.

Beschouwen we immers de convergente hyperharmonische reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{1}{k^2}\)
, dan is
\(\lim_{n \to +\infty} \frac{\left(\frac{\frac{\pi}{2}}{1+n^2}\right)}{\left(\frac{1}{n^2}\right)} = \lim_{n \to +\infty} \frac{\frac{\pi}{2}n^2}{1+n^2} = \frac{\pi}{2}\)
en aangezien
\(\frac{\pi}{2} \in \rr^+_0\)
is, convergeert ook de reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\frac{\pi}{2}}{1+k^2}\)
. QED

We weten dat (voor reeksen met uitsluitend positieve termen) elke minorante reeks van een convergente reeks eveneens convergeert. Daarmee weten we nu ook dat ook de oorspronkelijke reeks
\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{\arctan(k)}{1+k^2}\)
convergeert.

Bedankt voor de inspiratie!
Geloof niet alles wat je leest.


Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!

Berichten: 2.746

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

dju idd :D Mar verandert toch niet veel? Die
\(\frac{\pi}{2}\)
is gewoon een constante die voor de reeks komt. Denk aan bijv de reeks:
\(\sum_n \frac{3}{n^{2}}\)
, die blijft toch convergent...
je mag die Pi/2 niet voorop zetten.

En het is niet omdat de rij convergeert, dat de reeks ook convergeert.

Berichten: 8.614

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

EDIT: Je was me voor.

EDIT 2: Stoker was me voor.
je mag die Pi/2 niet voorop zetten.
Ik denk dat Drieske bedoelt dat je elke term van een reeks mag vermenigvuldigen met eenzelfde van nul verschillend getal zonder dat het convergentiegedrag verandert.
En het is niet omdat de rij convergeert, dat de reeks ook convergeert.
Inderdaad, maar er was hier toch geen sprake van rijen, of wel?
Geloof niet alles wat je leest.


Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

\(\sum_{k=1}^{\infty} \frac{1}{k^2}\)
, dan is
\(\lim_{n \to +\infty} \frac{\left(\frac{\frac{\pi}{2}}{1+n^2}\right)}{\left(\frac{1}{n^2}\right)} = \lim_{n \to +\infty} \frac{\frac{\pi}{2}n^2}{1+n^2} = \frac{\pi}{2}\)
en aangezien
\(\frac{\pi}{2} \in \rr^+_0\)
is,
Hier volg ik niet helemaal wat je doet... :s Is dat mss een stelling die je toepast? :D

Ik had eerder ietys in gedachten in de aard van:
\(\frac{1}{1+n^{2}} = \frac{1}{n^{2}}\frac{1}{1+\frac{1}{n^{2}}}\)
en voor deze reeks zou dan gelden:
\(\frac{1}{n^{2}}\frac{1}{1+\frac{1}{n^{2}}} = O\left(\frac{1}{n^{2}}\right)\)
...

Maar als je gewoon een stelling toepast, klopt jouw evenzeer en idd, ik bedoelde gwn dat een constante het convergentiebedrag niet beinvloedt :D
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 8.614

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Hier volg ik niet helemaal wat je doet... :s Is dat mss een stelling die je toepast? :D
Ja, namelijk de volgende:

<i>Als voor de reeksen
\(\sum_{k=1}^{\infty} u_k\)
...[/quote]

Dit volg ik dan weer even niet. De notatie
\(O(\cdots)\)
is mij onbekend (heeft het misschien hier iets mee te maken?).
Geloof niet alles wat je leest.


Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Dit volg ik dan weer even niet. De notatie
\(O(\cdots)\)
is mij onbekend (heeft het misschien hier iets mee te maken?).
Ja idd :D Het is dus gewoon een afschatting naar boven doen van een reeks...

Mar dat heb je niet meer nodig vermits jouw stelling al het gevraagde levert :D
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 582

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Je kon ook het convergentie-criterium van Raabe-Duhamel toepassen (klik) op de originele reeks. Dit criterium is eigenlijk een vervollediging van het criterium van d'Alembert. Ik vermeld het even omdat ik al heb opgemerkt dat je het criterium van d'Alembert graag toepast :D !

Berichten: 8.614

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

Je kon ook het convergentie-criterium van Raabe-Duhamel toepassen (klik) op de originele reeks.
Dat kan ongetwijfeld, maar dat mag ik niet gebruiken. De opgave zegt wel "met gelijk welke methode", maar er had beter gestaan "met gelijk welke geziene methode". Toch bedankt om het te vermelden, alhoewel ik niet onmiddellijk zie hoe dit kenmerk hier kan helpen. Als ik je link juist interpreteer, dien ik volgende limiet uit te rekenen:
\(\lim_{n \to +\infty} n \cdot \left(\frac{\frac{\arctan(n+1)}{1 + (n+1)^2}}{\frac{\arctan(n)}{1 + n^2}} - 1\right)\)
Een eerste poging om die limiet te bepalen levert een onbepaaldheid van de vorm
\(\infty - \infty\)
op en ik zie niet meteen hoe die op te heffen valt.

Het is niet echt nodig, maar toch ben ik geïnteresseerd in de uitkomst van de limiet. Kun je het eens voordoen of nog beter, een kleine tip geven zodat ik er zelf uitkom?
Geloof niet alles wat je leest.


Heb jij verstand van PHP? Word Technicus en help mee om Wetenschapsforum nog beter te maken!

Berichten: 4.246

Re: [wiskunde] convergentie van reeksen

De integraaltest vind ik zelf nuttig ( maar die mag je niet gebruiken):
\( \int_1^{\infty} \frac{ \arctan(x)}{1+x^2}\ \mbox{d}x = \frac{3 \pi^2}{32}\)
=> de integraal convergeert dus de reeks ook.
Quitters never win and winners never quit.

Reageer