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Dejemos que $\{a_n\}_{n=1}^\infty$ sea una secuencia infinita. ¿Existe una serie infinita cuya suma parcial sea $\{a_n\}_{n=1}^\infty$ ?

Definición: Por un Secuencia infinita de los números reales, nos referiremos a cualquier función de valor real cuyo dominio es el conjunto de todos los enteros positivos.

Definición: Por un Serie infinita de números reales, nos referiremos a un par ordenado de secuencias infinitas de números reales $$(\{a_n\}_{n=1}^\infty, \{s_n\}_{n=1}^\infty)$$ tal que $$s_1=a_1, \space s_2=a_1+a_2, \space s_3=a_1+a_2+a_3$$ y en general $$s_k= a_1+a_2+ \dotsb +a_k$$ La secuencia $\{a_n\}_{n=1}^\infty$ se llama la secuencia de términos de la serie infinita. La sucesión $\{s_n\}_{n=1}^\infty$ se llama la secuencia de sumas parciales de la serie infinita.

Pregunta del examen:

Dejemos que $\{a_n\}_{n=1}^\infty$ sea una secuencia infinita de números reales. ¿Existe una serie infinita de números reales cuya secuencia de sumas parciales sea $\{a_n\}_{n=1}^\infty$ ? ¿Por qué o por qué no?

Mi respuesta es y he aquí por qué. Considere la secuencia constante $\{0\}_{n=1}^\infty$ . Esta secuencia tiene el valor $0$ para todos $n \in \mathbb Z^+$ . Ahora, si consideramos la serie infinita de esta secuencia, entonces la secuencia de sumas parciales tiene el valor $0$ para todos $n \in \mathbb Z^+$ . Así que, en este caso $$(\{a_n\}_{n=1}^\infty, \{s_n\}_{n=1}^\infty) = (\{0\}_{n=1}^\infty, \{0\}_{n=1}^\infty) = (0,0)$$

Por lo tanto, $\{a_n\}_{n=1}^\infty = 0 = \{s_n\}_{n=1}^\infty$ para todos $n \in \mathbb Z^+$ .

Sin embargo, al entregar mi examen, mi profesor dijo que esto era incorrecto. ¿Por qué?

8voto

Michael Hardy Puntos 128804

Ciertamente: $$ \text{Let }b_0 = a_0\text{ and }b_{n+1} = a_{n+1}-a_n. $$ Entonces \begin{align} b_0 & = a_0 & = a_0 \\ b_0 + b_1 & = a_0 + (a_1-a_0) & = a_1 \\ b_0 + b_1 + b_2 & = a_0 + (a_1-a_0)+(a_2-a_1) & = a_2 \\ b_0 + b_1 + b_2 + b_3 & = a_0 + (a_1-a_0)+(a_2-a_1)+(a_3-a_2) & = a_3 \\ & {}\,\,\vdots & \vdots\phantom{a_n} \end{align}

3voto

Tim Raczkowski Puntos 14043

Porque sólo funciona cuando $a_n=0$ para todos $n$ . Sea $s_0=a_0$ et $s_n=a_n-a_{n-1}$ . Ahora

$$\sum_{n=0}^ks_n=a_0+(a_1-a_0)+\dots +(a_k-a_{k-1})=a_k.$$

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