Um Curso de Cálculo, Volume 4

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 9 de 93

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Um Curso de Cálculo, Volume 4

3 Critérios de convergência e divergência para série de termos positivos

3

 

CRITÉRIOS DE CONVERGÊNCIA E

DIVERGÊNCIA PARA SÉRIES DE

TERMOS POSITIVOS

 

3.1. CRITÉRIO DA INTEGRAL

 

Critério da Integral. Consideremos a série e suponhamos

que exista um natural p e uma função f : [p, + ∞ [ → contínua,

decrescente e positiva tal que f(k) = a para k ≥ p. Nestas condições, k tem-se

Demonstração

 

Para n > p,

 

Como p está fixo, segue dessa relação que a série será convergente

(ou divergente) se, e somente se, for convergente (ou divergente).

 

a) Raciocinando como no Exemplo 2 da Seção 2.1, temos

 

Segue que a sequência é crescente e limitada superiormente por

 

Logo, a série é convergente e, portanto, também é

convergente.

b) Fica para o leitor.

■

 

EXEMPLO 1. A série é convergente ou divergente? Justifique.

 

Solução

Vamos aplicar o critério da integral utilizando a função

Tal função é positiva, contínua e decrescente em [2, +

∞[ como se verifica facilmente. Temos

 

Como resulta Pelo critério da

integral, a série é divergente.

■

 

EXEMPLO 2. Seja α > 0, com α ≠ 1, um real dado. Estude a série

com relação a convergência ou divergência.

 

Solução

Vamos aplicar o critério da integral com a função Esta

função é claramente positiva, contínua e decrescente no intervalo [2, + ∞[. Temos

e, portanto,

 

 

Pelo α > 1, e, para 0 < α < 1,

pelo critério da integral, a série é convergente para α > 1 e divergente para 0 < α < 1.

■

Com auxílio dos Exemplos 1 e 2 estabeleceremos mais adiante o importante critério de De Morgan. As séries dos Exemplos 1 e 2 também podem ser estudadas utilizando o critério de Cauchy-Fermat. (Veja Exercícios 5 e 7.)

Exercícios 3.1

 

1. Estude a série dada com relação a convergência ou divergência.

2. Suponha que a função f :[0, + ∞[ → seja contínua, decrescente e

positiva.

Prove

 

3. Suponha que a função f : [0, + ∞[→ seja contínua, decrescente e

positiva. Suponha, ainda, que a série seja convergente e

tenha soma s. Prove que é um valor aproximado por falta de

s, com erro, em módulo, inferior a

4. Suponha f :[1, + ∞[ → contínua, decrescente e positiva. Inspirado

no método de Fermat (veja Exercício 22 da Seção 2.1) e supondo E > 1, mostre que

 

5. (Critério de Cauchy-Fermat.) Suponha f : [1, +∞[ → contínua,

decrescente e positiva. Sendo E > 1, prove