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Si una serie es condicionalmente convergente, entonces las series de términos positivos y negativos son ambas divergentes

Dejemos que $ \sum_{n=1}^\infty a_n $ sea una serie condicionalmente convergente. Entonces la serie $\sum_{n=1}^\infty b_n$ de términos positivos de $\{a_n\}_{n=1}^\infty$ y $\sum_{n=1}^\infty c_n$ de los términos negativos son divergentes.

Mi prueba : si $\sum_{n=1}^\infty a_n$ es condicionalmente convergente, entonces $\sum_{n=1}^\infty |a_n| = \infty$ . Supongamos que $\sum_{n=1}^\infty b_n$ y $\sum_{n=1}^\infty c_n$ son convergentes, por lo que al estar compuestos por términos positivos y negativos respectivamente, entonces $\sum_{n=1}^\infty |b_n| < \infty$ y $\sum_{n=1}^\infty |c_n| <\infty$ y tenemos que $$ \sum_{n=1}^\infty |a_n| = \sum_{n=1}^\infty |b_n| + \sum_{n=1}^\infty |c_n| < \infty $$ lo cual es absurdo ya que suponíamos que la serie era condicionalmente convergente.

Editar

¿Puedo definir $b_n := \left\{\begin{array}{ll} a_n &\text{if } a_n > 0 \\ 0 &\text{otherwise} \end{array} \right.$ y $c_n$ análogamente para los términos negativos y decir que $\sum a_n = \sum b_n + \sum c_n $ y, como $\sum a_n$ converge entonces tanto $\sum b_n, \sum c_n$ ¿convergen? ¿Son las nuevas series iguales a las series de términos positivos (y negativos)?

¿Es esto correcto? Gracias de antemano

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Andreas Blass Puntos 33024

Como dijo Jonas Meyer, no ha demostrado lo que se propuso demostrar, que ni el $b$ ni la serie $c$ la serie converge. Lo que has demostrado, sin embargo, es que no pueden converger ambas. Así que podrías completar la prueba si pudieras excluir de alguna manera la posibilidad de que una de las dos converja y la otra diverja.

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tooshel Puntos 475

Esto es incorrecto, porque la negación de [ $P$ y $Q$ ] es [(no $P$ ) o (no $Q$ )]. Así que si vas a argumentar por contradicción, deberías suponer que $\sum b_n$ converge O $\sum c_n$ converge.

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M. Strochyk Puntos 7072

Tenga en cuenta que $$b_n=\dfrac{a_n+|a_n|}{2} \;\;(\geqslant 0), \\ c_n=\dfrac{a_n-|a_n|}{2} \;\;(\leqslant 0) $$ y $$c_n=a_n-b_n.$$ Si $\sum a_n$ converge (condicionalmente) y $\sum b_n$ es convergente (absolutamente) entonces $\sum {c_n}$ es convergente (absolutamente). Porque $a_n=b_n+c_n$ entonces $\sum a_n$ debe ser absolutamente convergente, lo que contradice a su convergencia condicional.

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