数学
大学生・専門学校生・社会人

この問題の収束発散について教えてください!
何故そうなるかも教えていただければ嬉しいです!

回答

どちらとも正項係数なので、ダランベールの収束判定により、
( 1 ) a_n = e^n/n^2017
( 2 ) b_n = (logn)^3/n^√3
とおくと、
以下の写真の1,2行目ようになり、
それぞれの極限値が
( 1 ) e > 1 ( 2 ) 1
となり、( 1 )は発散する。
( 2 )については、ダランベールの収束判定で収束か発散かを調べられないので、そのまま極限を調べるしかない。
よって、( 2 )の極限をそのまま調べると、写真の3行目のようになるが、合ってるかあまり自信がないです。ご了承ください。すると、追い出しの原理より、( 2 )は発散する。

ダランベールの収束判定については、2枚目の写真に示しました。
( 2 )のようにr = 1となってしまうと、収束か発散を見分けるのが難しくなります。その時は高校数学のように極限を求めるしかないですね。
あと、( 2 )についてですが、僕も調べながら解いたので、合ってる保証がありません。なので、他の人に質問してみた方がいいと思います。

ダランベールの収束判定
ゲスト

回答ありがとうございます。
⑴について質問なのですが、なぜe>1だから発散なのでしょうか?

ゲスト

すみません、よく考えたら理解できました!
ありがとうございます!

gößt

(2)についてですが、
∞ (logn)³ ∞ { log(√n)}³
lim Σ ———–= lim Σ { ———–}
n→∞ n=1 n^√3 n→∞ n=1 { 2√n }

∞ ( 1 )³
lim Σ (——)=∞
n→∞ n=1 (2√n)
は成り立たないのでは?

直感的には、任意のα>0に対して
logn=o(n^α)
なので(2)は収束すると思います

DoDoraemon

ネットで調べてみたら、Σ(1/n^a) は、
0<a≦1のとき発散し、a>1のとき収束すると書いてあり、Σ(logn/n) >Σ(1/n)とあったので、Σ(log√n/√n) > Σ(1/√n)なのかなと思いました。
goβtさんのn→∞のとき、lognがn^aに比べて十分小さいという言い分はよくわかりますが、Σの場合だと極限が変わってきます。例として、Σ(1/n)は発散するので、それよりも大きいΣ(logn/n)も発散します。なので、一般にa_nが収束するならば、その和も収束するとは限らないです。その逆は成り立ちますが。

僕も合ってるか自信はありませんのであまり強くは言えないですが、goβtさんの見解は少し間違ってるように思えます。

gößt

Σ(1/√n)は発散しますがΣ(1/√n)³は収束するのではないでしょうか

はじめは
(logn)³=o(n^√3)
なので
Σ(logn)³/n^√3 ≒ Σ(1/n^√3)
ではないかという考えでしたが、ちょっと評価が雑すぎたっぽいです。あとで考えたらこの≒の考えは誤りでした

もうちょい真面目に考えてみたところ
(logn)³=o(n^(√3-1.5))
なので
(logn)³/n^√3=o(n^(-1.5))
より
Σ(logn)³/n^√3 < Σ(1/n^1.5)
となり収束が言えそうです

DoDoraemon

すいません、3乗することを忘れてました。
質問なんですが、最後の近似はどうやって求めたのですか?

gößt

最後の近似とはどれのことでしょうか?

DoDoraemon

(log)^3 = o(n^(√3-1.5))
のことです。

gößt

任意のα>0に対して
logn=o(n^α)
であることから、特にα=(√3-1.5)/3 のとき
logn=o(n^{(√3-1.5)/3})
なので、三乗して
(logn)³=o(n^(√3-1.5))
を得ます
1.5という数字は1と√3の間の数を適当に選んできました

DoDoraemon

そういうことでしたか。どうもありがとうございます😊

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