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Serie numeriche




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SERIE NUMERICHE

DEFINIZIONE



Considerando una successione di numeri naturali:

si definisce serie numerica la somma costruita con i numeri della successione:

     (1)


calcolare una serie vuol dire trovare il valore di questa somma.

Una serie numerica può essere scritta nella forma (1) oppure in forma estesa:

Le due forme sono equivalenti.

I termini sono detti termini mentre è il termine generale della serie.

Pre dare significato all'espressione(1) cominciamo a sommare i termini che compaiono:



dove rappresenta la somma parziale n-esima. All'aumentare del valore di n, corrisponde un aumento dei termini che vengono sommati, e quindi considerando il limite dell' n-esima parziale per n che tende all'infinito si ha:

e si possono considerare tre casi:


il valore del limite S è determinato e finito. La serie è convergente ed il suo valore è S


il valore del limite è + . La serie è divergente


     non è possibile determinare il valore del limite. La serie è indeterminata o oscillante










SERIE NOTE


SERIE DI MENGOLI


Sciviamo la serie informa tabellare

dobbiamo quindi determinare il carattere e il valore della serie.

Se non operiamo nessuna semplificazione il valore del limite della ridotta ennesima vale zero.

Per risolvere questa serie, e di conseguenza tutte le altre, dobbiamo cercare sempre di semplificare la serie o, al più, scriverla in un modo più semplice per poter operare opportune semplificazioni.

In questo caso:

,


,

la serie di Mengoli è convergente ed ha come somma L.


SERIE ARMONICA


In forma tabellare è:

la serie non può che essere divergente: calcolando a piacere alcune somme parziali si noterà come ogni somma parziale è maggiore della precedente.


SERIE GEOMETRICA


In forma estesa si ha:

per risolvere questa serie non applichiamo più la solita procedura ma dobbiamo operare facendo prima le seguenti considerazioni:

indichiamo con il primo termine della serie (nel nostro caso L)

q sarà la ragione della serie


il valore di sarà dato da (somma di una progressione geometrica finita avente per ragione q)

bisogna considerare allora il seguente limite:



dobbiamo quindi analizzare i vari casi in cui si può presentare :

il limite è uguale a zero

il limite è uguale a più infinito: la serie diverge positivamente


la serie è oscillante o indeterminata

pertanto la somma della serie geometrica è se la ragione q è in valore assoluto minore di uno.


SERIE ARMONICA GENERALIZZATA DI ORDINE


con
;

per =1 la serie diventa una serie armonica vista precedentemente;

per la serie diverge;

per la serie converge;




CRITERI DI DIVERGENZA


Da ta una serie a termini positivi calcoliamo:


se il valore del limite è uguale a zero non si può fare nessuna considerazione;

se il valore del limite è diverso da zero allora la serie diverge












CRITERI DI CONVERGENZA


NOME

ENUNCIATO

QUANDO UTILIZZARLO




CRITERIO DEL RAPPORTO O D'ALEMBERT


Data la serie a termini positivi

se esiste finito il limite                     

allora

  1. la serie converge se
  2. la serie diverge se L>1
  3. non possiamo fare considerazioni se L=1




questo criterio va utilizzato quando in compaiono dei fattoriali





CRITERIO DELLA RADICE

Data la serie a termini positivi


Se esiste finito il limite

allora

  1. la serie converge se
  2. la serie diverge se L>1
  3. non possiamo fare considerazioni se L=1





questo criterio va utilizzato quando tutto è una potenza n-esima.










CRITERIO DELL'INTEGRALE


Data la serie a termini positivi:

con le seguenti ipotesi:

  1. sia una funzione che

  1. è positiva, decrescente

si consideri il seguente:

se l'integrale converge anche la serie converge;

se l'integrale diverge anche la serie diverge.








Questo criterio viene applicato quando l'integrale da risolvere è di facile risoluzione.







PRIMO CRITERIO DEL CONFRONTO


Per applicare questo criterio è necessario conoscere quando una serie è MINORANTE o MAGGIORANTE:

considerando due serie a termini positivi:

e

se per ogni risulta

diremo che:


è minorante della serie e, viceversa è maggiorante della serie


solo adesso possiamo applicare il primo teorema del confronto:

date due serie a termini positivi:

e 

se per ogni risulta

allora:

  1. Se la serie maggiorante è convergente, allora anche la serie minorante è convergente
  2. Se la serie minorante è divergente, allora anche la serie maggiorante è divergente





SECONDO CRITERIO DEL CONFRONTO o ASINTOTICO

Date due serie a termini positivi:

e

si supponga che esiste il limite


se è convergente, tale limite deve esistere finito ;

se è divergente, tale limite deve esistere non nullo (finito o infinito);

Allora le due serie hanno lo stesso carattere.



Questo criterio si applica quando i precedenti (.più semplici da applicare) non si possono applicare e quando si riesce a trovare una serie nota che si possa confrontare con la serie data.



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