\( \newcommand{\Ds}{\displaystyle} \newcommand{\PP}{{\mathbb P}} \newcommand{\RR}{{\mathbb R}} \newcommand{\KK}{{\mathbb K}} \newcommand{\CC}{{\mathbb C}} \newcommand{\ZZ}{{\mathbb Z}} \newcommand{\NN}{{\mathbb N}} \newcommand{\TT}{{\mathbb T}} \newcommand{\QQ}{{\mathbb Q}} \newcommand{\Abs}[1]{{\left|{#1}\right|}} \newcommand{\Floor}[1]{{\left\lfloor{#1}\right\rfloor}} \newcommand{\Ceil}[1]{{\left\lceil{#1}\right\rceil}} \newcommand{\sgn}{{\rm sgn\,}} \newcommand{\Set}[1]{{\left\{{#1}\right\}}} \newcommand{\Norm}[1]{{\left\|{#1}\right\|}} \newcommand{\Prob}[1]{{{{\mathbb P}}\left[{#1}\right]}} \newcommand{\Mean}[1]{{{{\mathbb E}}\left[{#1}\right]}} \newcommand{\cis}{{\rm cis}\,} \newcommand{\one}{{\mathbf 1}} \newcommand{\One}[1]{{\bf 1}\left(#1\right)} \renewcommand{\Re}{{\rm Re\,}} \renewcommand{\Im}{{\rm Im\,}} \renewcommand{\arg}{{\rm arg\,}} \renewcommand{\Arg}{{\rm Arg\,}} \renewcommand{\deg}{{\rm deg\,}} \renewcommand{\vol}{{\rm vol\,}} \renewcommand{\span}{{\rm span\,}} \newcommand{\ft}[1]{\widehat{#1}} \newcommand{\wt}[1]{\widetilde{#1}} \newcommand{\FT}[1]{\left(#1\right)^\wedge} \newcommand{\Lone}[1]{{\left\|{#1}\right\|_{1}}} \newcommand{\Linf}[1]{{\left\|{#1}\right\|_\infty}} \newcommand{\inner}[2]{{\langle #1, #2 \rangle}} \)

Απειροστικός Λογισμός Μιας Μεταβλητής

Μιχάλης Κολουντζάκης

Τμήμα Μαθηματικών και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Κρήτης

 

Σειρές

Σει-1.

Ορισμός άπειρης σειράς αριθμών

 

YouTube video preview
 

Σει-2.

Σωστό ή λάθος;

Η σειρά \(\Ds \sum_{n=1}^\infty (-1)^n\) συγκλίνει.

Απάντηση:

Σει-3.

Σωστό ή λάθος;

Αν η ακολουθία \(a_n\) είναι τελικά σταθερή τότε η σειρά \(\sum_{n=1}^\infty a_n\) συγκλίνει.

Απάντηση:

Σει-4.

Η άπειρη γεωμετρική σειρά

 

YouTube video preview
 

Παρατήρηση: Στο 4:07 θα έπρεπε να γράφει ρ<-1 και όχι ρ<1.

Σει-5.

Ποιο είναι το άθροισμα της σειράς
\[\Ds\sum_{k=0}^\infty 0.5^k;\]

Αριθμητική απάντηση με ακρίβεια 3 δεκαδικών.

Απάντηση

Σει-6.

Ποιο είναι το άθροισμα της σειράς
\[\Ds\sum_{j=2}^\infty \frac{2^{j+1}}{3^j};\]

Αριθμητική απάντηση με ακρίβεια 3 δεκαδικών.

Απάντηση

Σει-7.

Ποιο είναι το άθροισμα της σειράς
\[\sum_{n=0}^\infty \frac{2^n+3^n}{5^n};\]

Αριθμητική απάντηση με ακρίβεια 3 δεκαδικών.

Απάντηση

Σει-8.

Τηλεσκοπικές σειρές

 

YouTube video preview
 

Σει-9.

Ποιο είναι το άθροισμα της σειράς
\[\sum_{k=1}^\infty \frac{1}{k(k+1)};\]

Αριθμητική απάντηση με ακρίβεια 3 δεκαδικών.

Απάντηση

Σει-10.

Ποιο είναι το άθροισμα της σειράς
\[\sum_{k=1}^\infty \frac{1}{k(k+2)};\]

Αριθμητική απάντηση με ακρίβεια 3 δεκαδικών.

Απάντηση

Σει-11.

Η αρμονική σειρά

 

YouTube video preview
 

Σει-12.

Στην απόδειξη ότι η αρμονική σειρά αποκλίνει (τα μερικά αθροίσματά της δηλ. τείνουν στο \(+\infty\)) βρήκαμε ουσιαστικά κάποιο κάτω φράγμα για την ακολουθία των μερικών αθροισμάτων
\[S_N = \sum_{n=1}^N \frac{1}{n}\]
το οποίο τείνει στο \(+\infty\) με το \(N\).

Ποιο από τα παρακάτω είναι το κάτω φράγμα που βρήκαμε; Δεν το προσδιορίζουμε ακριβώς αλλά αγνούμε μια σταθερά, γι' αυτό εμφανίζεται το \(C\) μπροστά από την έκφραση που μπορεί να είναι οποιαδήποτε σταθερά.

Επιλέξτε ένα.

Επιλέξτε όλες τις σωστές επιλογές:

Σει-13.

Ο γενικός όρος συγκλίνουσας σειράς τείνει στο 0

 

YouTube video preview
 

Σει-14.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[ \sum_{n=1}^\infty \frac{n^n}{n!}.\]

Απάντηση:

Σει-15.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{n=1}^\infty (-1)^n\left((n+1)^{3/2}-n^{3/2}\right).\]

Απάντηση:

Σει-16.

Η σύγκλιση δεν εξαρτάται από πεπερασμένες αλλαγές όρων

 

YouTube video preview
 

Σει-17.

Σωστό ή λάθος;

Αν οι ακολουθίες \(a_n, b_n\) είναι τελικά ίσες και οι ακολουθίες \(c_n, d_n\) είναι τελικά ίσες τότε
\[\sum_{n=1}^\infty a_n+c_n \text{ συγκλίνει } \implies \sum_{n=1}^\infty b_n+d_n \text{ συγκλίνει}.\]

Απάντηση:

Σει-18.

Σειρές μη αρνητικών όρων

 

YouTube video preview
 

Σει-19.

Σωστό ή λάθος;

Αν \(a_n \ge 0\) και \(\sum_{n=1}^\infty a_n < \infty\) τότε
\[\sum_{n=1}^\infty a_n^2 < \infty.\]

Απάντηση:

Σει-20.

Το κριτήριο του ολοκληρώματος για σύγκλιση σειράς

 

YouTube video preview
 

Σει-21.

Σωστό ή λάθος;

\[\Ds \sum_{n=1}^\infty \frac{n}{1+n^2} < \infty\]

Χρησιμοποιήστε το κριτήριο του ολοκληρώματος.

Απάντηση:

Σει-22.

Παράδειγμα: Η σειρά $\frac{1}{n^\alpha}$

 

YouTube video preview
 

Σει-23.

Παράδειγμα: Η σειρά $\frac{1}{n}\log^\alpha n$

 

YouTube video preview
 

Παρατήρηση: Στο 3:00 προσπαθώ να δείξω ότι η συνάρτηση \(\Ds \frac{1}{x \log^\alpha x}\) είναι φθίνουσα συνάρτηση και λόγω ενός λάθος προσήμου στο υπολογισμό της παραγώγου του παρανομαστή καταλήγω να κάνω πολύ περισσότερη δουλειά απ' ό,τι χρειάζεται. Στην πραγματικότητα είναι σχεδόν προφανές. Για να είναι η συνάρτηση φθίνουσα αρκεί ο παρανομαστής \(x \log^\alpha x\) να είναι αύξουσα συνάρτηση. Όμως ξέρουμε ότι και η συνάρτηση \(x\) και η συνάρτηση \(\log^\alpha x\) είναι αύξουσες για \(x \ge 1\). Αφού και οι δύο είναι θετικές τότε και το γινόμενό τους είναι αύξουσα. Άρα για \(x \ge 1\) η συνάρτηση \(x \log^\alpha x\) είναι αύξουσα συνάρτηση.

Σει-24.

Σύγκριση με άλλες σειρές για σειρές μη αρνητικών όρων

 

YouTube video preview
 

Σει-25.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{k=1}^\infty \sin\frac{1}{k}.\]

Απάντηση:

Σει-26.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{k=1}^\infty \frac{1}{k^{1/2}+k^{3/2}}.\]

Απάντηση:

Σει-27.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{k=1}^\infty \left(1-\frac{1}{k}\right)^{k^2}.\]

Απάντηση:

Σει-28.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{n=1}^\infty \frac{2^n n!}{(2n)!}.\]

Απάντηση:

Σει-29.

Παράδειγμα: μια σειρά ρητών συναρτήσεων του $n$

 

YouTube video preview
 

Σει-30.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{n=1}^\infty (\sqrt{n+1}-\sqrt{n})^3.\]

Απάντηση:

Σει-31.

Παράδειγμα: πολυώνυμο επί δύναμη του 2

 

YouTube video preview
 

Σει-32.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{n=10}^\infty \ln\left(1+\frac{1}{n}\right).\]

Απάντηση:

Σει-33.

Παράδειγμα: σειρά με μεικτό παρανομαστή

 

YouTube video preview
 

Σει-34.

Παράδειγμα: διαφορά ριζών σε δύναμη

 

YouTube video preview
 

Σει-35.

Παράδειγμα: διαφορά δυνάμεων του $n$ σε δύναμη

 

YouTube video preview
 

Σει-36.

Εναλλασσόμενες σειρές

 

YouTube video preview
 

Σει-37.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{n=1}^\infty \sin\frac{(-1)^n}{n}.\]

Απάντηση:

Σει-38.

Σωστό ή λάθος;

Η παρακάτω σειρά συγκλίνει σε πραγματικό αριθμό:
\[\sum_{k=1}^\infty (-1)^k \left( (k+1)^{1/2}-k^{1/2}\right).\]

Απάντηση:

Σει-39.

Απόλυτη σύγκλιση σειράς

 

YouTube video preview
 

Σει-40.

Απόλυτη σύγκλιση σειρών: παραδείγματα

 

YouTube video preview