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¿Cómo puedo suma de la serie infinita $\frac{1}{5} - \frac{1\cdot4}{5\cdot10} + \frac{1\cdot4\cdot7}{5\cdot10\cdot15} - \cdots\qquad$

¿Cómo puedo encontrar la suma de la serie infinita $$\frac{1}{5} - \frac{1\cdot4}{5\cdot10} + \frac{1\cdot4\cdot7}{5\cdot10\cdot15} - \cdots\qquad ?$$

Mi intento de solución - vi que podía volver a escribir como $$\frac{1}{5}\left(1 - \frac{4}{10} \left( 1 - \frac{7}{15} \left(\cdots \left(1 - \frac{3k - 2}{5k}\left( \cdots \right)\right)\right.\right.\right.$$ y que $\frac{3k - 2}{5k} \to \frac{3}{5}$ $k$ crece más grande. El uso de este pensé que podría converger a $\frac{1}{8}$, pero estaba equivocado, los primeros términos se apartan significativamente de $\frac{3}{5}$.

Según Wolfram Alpha converge a $1-\frac{\sqrt[3]{5}}{2}$. Cómo puedo obtener ?

12voto

Eric Naslund Puntos 50150

Aquí es una forma que utiliza la función Gamma, y que era extrañamente la primera cosa que viene a la mente. (¡Advertencia!: Quizás es más complicado de lo necesario.)

Deje $I$ denotar su serie infinita. Podemos escribir esto como $$I=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\prod_{m=0}^{n}\frac{3m+1}{5m+5}$$, que se convierte en

$$I=\sum_{n=0}^{\infty}\left((-1)^{n}\frac{3^{n+1}}{5^{n+1}(n+1)!}\prod_{m=0}^{n}\left(m+\frac{1}{3}\right)\right).$$
Ahora desde $$\Gamma\left(\frac{1}{3}\right)\prod_{m=0}^{n}\left(m+\frac{1}{3}\right)=\Gamma\left(n+\frac{4}{3}\right)$$ tenemos $$I=\frac{1}{\Gamma\left(1/3\right)}\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{3^{n+1}}{5^{n+1}(n+1)!}\Gamma\left(n+\frac{4}{3}\right).$$ Por la definición de $\Gamma(s)$ hemos $$\Gamma\left(n+\frac{4}{3}\right)=\int_{0}^{\infty}t^{n+\frac{1}{3}}e^{-t}dt,$$ which implies that $$I=\frac{1}{\Gamma\left(1/3\right)}\int_{0}^{\infty}t^{-\frac{2}{3}}e^{-t}\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{3^{n+1}t^{n+1}}{5^{n+1}(n+1)!}dt$$ by switching the order of summation and integration. As $$1-\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{3^{n+1}t^{n+1}}{5^{n+1}(n+1)!}=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{3^{n}t^{n}}{5^{n}n!}=e^{-\frac{3t}{5}}$$ it follows that $$I=\frac{1}{\Gamma\left(1/3\right)}\int_{0}^{\infty}t^{-\frac{2}{3}}e^{-t}\left(1-e^{-\frac{3t}{5}}\right)dt=1-\frac{1}{\Gamma\left(1/3\right)}\int_{0}^{\infty}t^{-\frac{2}{3}}e^{-\frac{8}{5}t}dt$$ Setting $u=\frac{8}{5}t$ we get $$\frac{1}{\Gamma\left(1/3\right)}\int_{0}^{\infty}t^{-\frac{2}{3}}e^{-\frac{8}{5}t}dt=\frac{1}{\Gamma\left(1/3\right)}\left(\frac{5}{8}\right)^{\frac{1}{3}}\int_{0}^{\infty}u^{-\frac{2}{3}}e^{-u}du=\frac{\left(5\right)^{\frac{1}{3}}}{2}$$and hence $$I=1-\frac{\left(5\right)^{\frac{1}{3}}}{2}$$ como se desee.

Espero que le ayude,

2voto

Tas Puntos 11

\begin{align*}(-1)^{n-1}\frac{1\cdot 4 \dots (3n-2)}{5\cdot 10 \dots 5n}&= (-1)^{n-1}\frac{3^n}{5^n}(-1)^n\frac{(-\frac{1}{3})\cdot (-\frac{4}{3}) \dots (-\frac{3n-2}{3})}{1\cdot 2 \dots n}\\ &= -(3/5)^n\binom{-1/3}{n}\end{align*}

Por lo tanto, usted puede obtener

$$\sum_{n=1}^{\infty} -(3/5)^n\binom{-1/3}{n} = 1 - \sum_{n=0}^{\infty} (3/5)^n\binom{-1/3}{n} = 1- (1+\frac35)^{-1/3} = 1- \sqrt[3]{5/8} =1-\frac{\sqrt[3]5}{2}$$

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