Um Curso de Cálculo, Volume 4

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 7 de 93

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Um Curso de Cálculo, Volume 4

2.2 Critério de convergência para série alternada

2.2. CRITÉRIO DE CONVERGÊNCIA PARA SÉRIE

ALTERNADA

Por uma série alternada entendemos uma série do tipo

onde a > 0 para todo natural k. As séries abaixo são exemplos de séries k

alternadas:

 

Observe que

 

Critério de convergência para série alternada. Seja a série

alternada Se a sequência a for decrescente e se k

então a série alternada será convergente.

 

Demonstração A demonstração será baseada na propriedade dos intervalos encaixantes. Inicialmente, observamos que a sequência das somas parciais de ordem par é decrescente. De fato,

 

e, portanto,

 

Isto decorre do fato de a sequência a ser, por hipótese, decrescente e, n portanto, a − a ≥ 0. (Veja: 2n − 1 2n

 

Por outro lado, a sequência das somas parciais de ordem ímpar é crescente:

 

Temos, ainda, para todo natural n, Logo, para todo natural n, s > s . Temos, então, a sequência de 2n 2n + 1

intervalos encaixantes

 

Da hipótese resulta que a amplitude a do intervalo [s , 2n + 1 2n + 1 s ] tende a zero quando n tende a +∞. Pela propriedade dos intervalos 2n

encaixantes (veja Vol. 1) existe um único s tal que, para todo natural n,

 

Daí, para todo natural n, s está entre s e s e, portanto, n n + 1

 

De resulta

 

(A desigualdade acima estabelece uma avaliação para o módulo do erro que

se comete ao aproximar a soma s pela soma parcial s : n

 

■

 

Pela demonstração acima, Como

, resulta

 

Se as séries forem convergentes, teremos

Ou seja, s será a diferença entre a soma dos termos de ordem par e a soma dos termos de ordem ímpar.

 

EXEMPLO. A série é alternada. Como a sequência

é decrescente e segue, pelo teorema

acima, que a série dada é convergente.

■

 

Exercícios 2.2

 

1. Mostre que a série dada é convergente.

 

2. a) Mostre que

 

b) Calcule a soma da série

(Sugestão: Lembre-se de que

c) Sendo determine n para que se tenha