Страница 4 из 12
Если Р. (1) и Р.
сходятся, то сходится и Р.
,
называемый суммой рядов (1) и (6), причем его сумма равна сумме данных Р. Если Р.(1) сходится и l — комплексное число, то Р.
,
называемый произведением Р. на число l, также сходится и
.
Условие сходимости Р., не использующее понятия его суммы (в случаях, когда, например, сумма Р. неизвестна), даёт критерий Коши: для того чтобы Р. (1) сходился, необходимо и достаточно, чтобы для любого e > 0 существовал такой номер ne, что при любом n ³ ne и любом целом р ³ 0 выполнялось неравенство
.
Отсюда следует, что если Р. (1) сходится, то
Обратное неверно: n-й член так называемого гармонического ряда
стремится к нулю, однако этот Р. расходится.
Большую роль в теории Р. играют Р. с неотрицательными членами. Для того чтобы такой Р. сходился, необходимо и достаточно, чтобы последовательность его частичных сумм была ограничена сверху. Если же он расходится, то
,
поэтому в этом случае пишут
.
Для Р. с неотрицательными членами имеется ряд признаков сходимости.
Интегральный признак сходимости: если функция f (х) определена при всех х ³ 1, неотрицательна и убывает, то Р.
(7)
сходится тогда и только тогда, когда сходится интеграл
.
С помощью этого признака легко устанавливается, что Р.
(8)
сходится при a > 1 и расходится при a £ 1.
Признак сравнения: если для двух Р. (1) и (6) с неотрицательными членами существует такая постоянная с > 0, что 0 £ un £ c un, то из сходимости Р. (6) следует сходимость Р. (1), а из расходимости Р. (1) — расходимость Р. (6). Обычно для сравнения берётся Р. (8), а в заданном Р. выделяется главная часть вида А/n a. Таким методом сразу получается, что Р. с n-м членом
,
где
сходится, поскольку сходится Р.
.
Как следствие признака сравнения получается следующее правило: если
то при a > 1 и 0 £ k < + ¥ Р. сходится, а при a £ 1 и 0 < k £ + ¥ Р. расходится. Так, например, Р. с n-м членом un = sin (1/n 2) сходится, ибо
(a = 2)
a Р. с un = tg (p/n) расходится, здесь
(a = 1)
Часто оказываются полезными два следствия признака сравнения. Признак Д'Аламбера: если существует (un > 0), то при l < 1 P. (1) сходится, а при l > 1 — расходится; и признак Коши: если существует (un ³ 0), то при l < 1 P. (1) сходится, а при l > 1 P. расходится. При I = 1 как в случае признака Д'Аламбера, так и в случае признака Коши существуют и сходящиеся и расходящиеся Р.
Важный класс Р. составляют абсолютно сходящиеся ряды: Р. (1) называется абсолютно сходящимся, если сходится Р.
.
Если Р. абсолютно сходится, то он и просто сходится. Р.
абсолютно сходится, а Р.
сходится, но не абсолютно. Сумма абсолютно сходящихся Р. и произведение абсолютно сходящегося Р. на число являются также абсолютно сходящимися Р. На абсолютно сходящиеся Р. наиболее полно переносятся свойства конечных сумм. Пусть
(9)
— P., составленный из тех же членов, что и Р. (1), но взятых, вообще говоря, в другом порядке. Если Р. (1) сходится абсолютно, то Р. (9) также сходится и имеет ту же сумму, что и Р. (1). Если Р. (1) и Р. (6) абсолютно сходятся, то Р., полученный из всевозможных попарных произведений umun членов этих Р., расположенных в произвольном порядке, также абсолютно сходится, причём если сумма этого Р. равна s, а суммы Р. (1) и (6) равны соответственно s1 и s2, то s = s1s2, т. е. абсолютно сходящиеся Р. можно почленно перемножать, не заботясь о порядке членов. Признаки сходимости для Р. с неотрицательными членами применимы для установления абсолютной сходимости рядов.
Для Р., не абсолютно сходящихся (такие Р. называют также условно сходящимися), утверждение о независимости их суммы от порядка слагаемых неверно. Справедлива теорема Римана: посредством надлежащего изменения порядка членов данного не абсолютно сходящегося Р. можно получить Р., имеющий наперёд заданную сумму, или расходящийся Р. Примером условно сходящегося Р. может служить Р.
.
Если в этом Р. переставить члены так, чтобы за двумя положительными следовал один отрицательный:
,
то его сумма увеличится в 1,5 раза. Существуют признаки сходимости, применимые к не абсолютно сходящимся Р. Например, признак Лейбница: если
, ,
то знакочередующийся Р.
(10)
сходится. Более общие признаки можно получить, например, с помощью преобразования Абеля для Р., представимых в виде
. (11)
Признак Абеля: если последовательность {an} монотонна и ограничена, а Р.
сходится, то Р. (11) также сходится. Признак Дирихле: если последовательность {an} монотонно стремится к нулю, а последовательность частичных сумм Р.
ограничена, то Р. (11) сходится. Например, по признаку Дирихле Р.