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Convergencia de$\sum _{n=1}^{\infty }\left\{ 1-n\log \dfrac {2n+1} {2n-1}\right\} $

Estoy Investigando la convergencia de $$\sum _{n=1}^{\infty }\left\{ 1-n\log \dfrac {2n+1} {2n-1}\right\} $$. Ahora, como por Cauchy en la prueba de convergencia absoluta. Si $\overline {\lim _{n\rightarrow \infty }}\left| u_{n}\right| ^{\dfrac {1} {n}} < 1,\sum _{n=1}^{\infty }u_{n}$ converge absolutamente y obviamente si $\overline {\lim _{n\rightarrow \infty }}\left| u_{n}\right| ^{\dfrac {1} {n}} > 1,\sum _{n=1}^{\infty }u_{n}$ no converge.

Observé $$\overline {\lim _{n\rightarrow \infty }}\left| \log \left( \dfrac {2n+1} {2n-1}\right) ^{-n}\right| = \overline {\lim _{n\rightarrow \infty }}\left| \log \left( 1-\dfrac {1} {n-\dfrac {1} {2}}\right) ^{-n}\right| $$

Podría tomar el poder negativo de n fuera de la absoluta soportes de aquí ? Supongo que incluso si me podían establecer un registro de parte converge que solo muestran que el conjunto de la serie diverge a la derecha. Es que el resultado correcto ? Cualquier alternativa líneas de atacar este problema sería muy apreciada.

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Beni Bogosel Puntos 15173

Podría probar la convergencia de la serie utilizando un criterio de comparación. Por ejemplo, calcule el límite de$|a_n|/(\frac{1}{n^2})$. Luego debes calcular$$\lim_{n \to \infty}\left| n^2-n^3\log \left(\frac{2n+1}{2n-1} \right)\right| $ $.

Para este cálculo, el método más simple que pude imaginar fue la expansión en la serie de Taylor.

PS

Entonces tienes que calcular

PS

Por lo tanto,$$\log(x+1)-\log(x-1)=\log \left(1+\frac{1}{x}\right)-\log\left(1-\frac{1}{x}\right)=2\sum_{k \text{ odd}}\frac{1}{kx^k}$ es absolutamente convergente, y en particular convergente.

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Murtaza Mandvi Puntos 2089

$1-n\log\left(\frac{2n+1}{2n-1}\right)= 1-n\log\left(1+\frac{1}{n-\frac{1}{2}}\right)\sim 1-\frac{n}{n-\frac{1}{2}}+\frac{n}{2\left(n-\frac{1}{2}\right)^{2}}=\frac{1}{(2n-1)^{2}}\sim \frac{1}{4 n^{2}}$ entonces la serie converge.

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Marko Riedel Puntos 19255

Esta pregunta tiene un aspecto interesante que merece ser comentado, que es que podemos calcular de una forma cerrada para la suma usando Mellin transforma y armónico de las sumas.

Introducir la suma de $S(x)$ dada por $$S(x) = \sum_{n\ge 1} \left(1- xn \log\frac{2xn+1}{2xn-1}\right)$$ así que estamos interesados en $S(1).$

Como se mencionó antes, la suma plazo es armónico y puede ser evaluado por la inversión de sus Mellin transformar.

Recordar que el armónico suma de identidad $$\mathfrak{M}\left(\sum_{k\ge 1} \lambda_k g(\mu_k x);s\right) = \left(\sum_{k\ge 1} \frac{\lambda_k}{\mu_k^s} \right) g^*(s)$$ donde $g^*(s)$ es la transformada de Mellin $g(x).$

En el presente caso tenemos $$\lambda_k = 1, \quad \mu_k = k \quad \text{y} \quad g(x) = 1-x\log\frac{2x+1}{2x-1} = 1-x\log\left(1+\frac{2}{2x-1}\right).$$

La abscisa de convergencia de $$\sum_{k\ge 1} \frac{\lambda_k}{\mu_k^s} = \zeta(s)$$ es $\Re(s)>1.$

Ahora a encontrar el Mellin transformar $g^*(s)$ $g(x)$ fundamentales de la tira se $\langle 0,2\rangle$ (que contiene la abscisa de convergencia de la Dirichlet de la serie suma plazo) en primer lugar, use integración por partes para obtener $$\int_0^\infty \left(-x\log\left(1+\frac{2}{2x-1}\right)\right) x^{m-1} dx \\= \left[\left(-x\log\left(1+\frac{2}{2x-1}\right)\right) \frac{x^{s+1}}{s+1}\right]_0^\infty - \int_0^\infty \frac{4}{4x^2-1} \frac{x^{s+1}}{s+1} dx = - \int_0^\infty \frac{4}{4x^2-1} \frac{x^{s+1}}{s+1} dx.$$ con los fundamentales de la tira se $\langle -1, 0\rangle$. Se hace evidente que se requiere el siguiente Mellin transformar: $$h^*(s) = \int_0^\infty h(x) x^{s-1} dx$$ donde $$h(x) = \frac{4}{4x^2-1}.$$ Esta transformación integral no es estrictamente hablando convergente pero podemos calcular su valor principal mediante el uso de un contorno semicircular en la mitad superior del plano que se recorre hacia la derecha y recoge la mitad de los residuos en los dos polos en $\pm 1/2.$ Esto da $$h^*(s) (1-e^{i\pi s}) = \frac{1}{2} \times 2 \pi i \left(\mathrm{Res}(h(x) x^{m-1}; x=1/2) + \mathrm{Res}(h(x) x^{m-1}; x=-1/2)\right)$$ lo que da $$h^*(s) (1-e^{i\pi s}) = \frac{1}{2} \times 2 \pi i ((1/2)^{s-1}-(-1/2)^{s-1}) = 2^{s} \times 2 \pi i (1+(-1)^s).$$ Este rendimientos $$h^*(s) = 2^{s} \times 2 \pi i \frac{1+e^{i\pi s}}{1-e^{i\pi s}} = 2^{s} \times 2 \pi i \frac{e^{-i\pi s/2}+e^{i\pi s/2}}{e^{-i\pi s/2}-e^{i\pi s/2}} = -\frac{2}{2^s} \pi \cuna(\pi s/2).$$ Volviendo a $g^*(s)$ hemos $$g^*(s) = \frac{2}{2^{s+2}} \frac{1}{s+1} \pi \cuna(\pi (s+2)/2) = \frac{1}{2^{s+1}} \frac{1}{s+1} \pi \cuna(\pi s / 2).$$

Por lo tanto, la Mellin transformar $Q(s)$ $S(x)$ está dado por $$\frac{1}{2^{s+1}} \frac{1}{s+1} \pi \cot(\pi s / 2)\zeta(s).$$

El Mellin de inversión integral aquí es $$\frac{1}{2\pi i} \int_{3/2-i\infty}^{3/2+i\infty} Q(s)/x^s ds$$ de la cual evaluamos por desplácelo hacia la derecha para una ampliación sobre el infinito.

Debemos sumar los residuos en los polos en los positivos números enteros de $Q(s)/x^s$ cuales son $$\mathrm{Res}(Q(s)/x^s; s=2q) = \frac{1}{2^{2t+1}} \frac{1}{2t+1} \times 2 \times \zeta(2t) \frac{1}{x^{t2}} \\ =\frac{1}{2^{2t+1}} \frac{1}{2t+1} \times 2 \times \frac{(-1)^{q+1} B_{t2} (2\pi)^{t2}}{2\times (2t)!} \frac{1}{x^{t2}} = \frac{1}{2} \times \frac{(-1)^{q+1} B_{t2} \pi^{t2}}{(2q+1)!} \frac{1}{x^{t2}}.$$

Por lo tanto, requieren de la suma $$ - \frac{1}{2} \sum_{q\ge 1} \frac{i^{t2} B_{t2} \pi^{t2}}{(2q+1)!} \frac{1}{x^{t2}}.$$

La exponencial de la generación de la función de los números de Bernoulli es $$-1 + \frac{1}{2} t + \frac{t}{e^t-1} = \sum_{q\ge 1} B_{2q} \frac{t^{2q}}{(2q)!}.$$ La integración de esta para obtener $$-t - \frac{t^2}{4} + t\log(1-e^t) + \mathrm{Li}_2(e^t).$$ La constante que apareció durante la integración fue el conocido valor de la función zeta $\mathrm{Li}_2(1) = \zeta(2) = \pi^2/6$, de modo que finalmente tenemos $$ \sum_{q\ge 1} B_{t2} \frac{t^{t2}}{(2q+1)!} = \frac{1}{t} \left(-\frac{\pi^2}{6}-t - \frac{t^2}{4} + t\log(1-e^t) + \mathrm{Li}_2(e^t)\right).$$ A la conclusión de utilizar otro bien conocido zeta valor de la función que es $\mathrm{Li}_2(-1) = -\pi^2/12$ (derivado de $\mathrm{Li}_2(1)$) y poner $t=i\pi /x = i\pi$ a obtener que (perdemos el signo menos porque nos están desplazando a la derecha) $$S(1) = \frac{1}{2} \frac{1}{i\pi} \left(-\frac{\pi^2}{6}-i\pi + \frac{\pi^2}{4} + i\pi\log 2 + \mathrm{Li}_2(-1)\right) \\ = \frac{1}{2} \frac{1}{i\pi} \left(-i\pi + i\pi \log 2 \right) = \frac{1}{2} (\log 2 - 1).$$

Observación. La integral de la generación de la función de los números de Bernoulli se comprueba fácilmente por la diferenciación: $$\left(-\frac{t^2}{2} + t\log(1-e^t) + \mathrm{Li}_2(e^t)\right)' = -t + \frac{t}{1-e^t} (-e^t) + \log(1-e^t) + \left(\sum_{n\ge 1} \frac{e^{nt}}{n^2}\right)' \\ = \frac{-t+te^t}{1-e^t} - \frac{te^t}{1-e^t} + \log(1-e^t) + \sum_{n\ge 1} \frac{e^{tn}}{n} \\ = \frac{-t}{1-e^t} + \log(1-e^t) - \log(1-e^t) = \frac{t}{e^t-1}.$$

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OFFSHARING Puntos 19136

SUGERENCIA : relacione$\lim_{n \to \infty}\left| n^2-n^3\log \left(\frac{2n+1}{2n-1} \right)\right|$ con$\lim_{n \to \infty} n-n^2\log \left(\frac{n+1}{n} \right)$ cuyo límite es$\frac{1}{2}$ y se puede probar casi de manera elemental reemplazando n por$\frac{1}{x}$ cuando$x \rightarrow 0$. El segundo límite proviene de un libro de escuela secundaria, el 11º grado, que a menudo se reúne durante los cursos.

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