Enunciado

Determine se a série é convergente ou divergente.

(1)/(3) + (1)/(7) + (1)/(9) + (1)/(11) + (1)/(13) + ...

Passo 1

A cara dessa série está um pouco diferente...vamos dar uma melhorada nela! A gente pode ver essa sequência como:

sum_(n = 1)^(oo) (1)/(4 n - 1)

Nessa questão, nós podemos fazer uso do Teste da Integral. Vocês sabem o que é? Ele é bem prático e simples! Vamos supor que a nossa função f é contínua, positiva, decrescente no intervalo [ 1 , oo ) e que a_n = f ( n ) . Então, a série sum_(n = 1)^(oo) a_n é convergente se e somente se a integral imprópria int_1^(oo) f ( x ) d x for convergente. Em outras palavras, podemos dizer:

  1. Se int_1^(oo) f ( x ) d x for convergente, então sum_(n = 1)^(oo) a_n é convergente;
  2. Se int_1^(oo) f ( x ) d x for divergente, então sum_(n = 1)^(oo) a_n é divergente.

Agora que relembramos um pouquinho a teoria, que tal verificarmos se essa série é convergente ou divergente? Primeiro de tudo, vamos olhar para a função:

f (x) = (1)/(4 x - 1)

Essa função é contínua, positiva e decrescente no intervalo [ 1 , oo ) , não é? Logo, podemos usa o teste da Integral para definir a convergência! Vamos escrever a integral imprópria:

int_1^(oo) (1)/(4 x - 1) d x

Passo 2

A integral que temos para resolver é diferente das outras integrais definidas que resolvemos usando o teorema fundamental do cálculo. Ela tem um infinito em um dos limites de integração! Como que lidamos com isso??? Sempre que tivermos uma descontinuidade nos limites de integração, nós podemos escrever a integral da seguinte forma:

int_a^(oo) f ( x ) d x = underset(t -> oo)(lim) int_a^t f ( x ) d x

Sabendo disso, vamos reescrever a integral do nosso problema!

int_1^(oo) (1)/(4 x - 1) d x = underset(t -> oo)(lim) int_1^t (1)/(4 x - 1) d x

Passo 3

Resolvendo a integral temos:

int_1^(oo) (1)/(4 x - 1) d x = underset(t -> oo)(lim) int_1^t (1)/(4 x - 1) d x

int_1^(oo) (1)/(4 x - 1) d x = underset(t -> oo)(lim) (1)/(4) [l n ( 4 x - 1 )]_1^t = underset(t -> oo)(l i m) (1)/(4) [ln (4 t - 1) - l n ( 3 )]

int_1^(oo) (1)/(4 x - 1) d x = oo

Como a integral é divergente, então, pelo Teste da Integral, a série sum_(n = 1)^(oo) (1)/(4 n - 1) é divergente!

Resposta

A série é divergente!

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Suponha que f seja uma função contínua, positiva e decrescente para x ≥ 1 e a n = f n . Desenhando uma figura, coloque em ordem crescente as três quantidades ∫ 1 6 f ( x ) d x ∑ i = 1 5 a i ∑ i = 2 6
27-28. Explique por que o Teste da Integral não pode ser usado para determinar se a série é convergente.27. ∑ n = 1 ∞ cos ⁡ π n n
Leonhard Euler foi capaz de calcular a soma exata da série p com p = 2 : ζ x = ∑ n = 1 ∞ 1 n 2 = π 2 6 Utilize esse fato para encontrar a soma de cada série.c) ∑ n = 1 ∞ 1 ( 2 n ) 2
27-28. Explique por que o Teste da Integral não pode ser usado para determinar se a série é convergente.28. ∑ n = 1 ∞ c o s 2 n 1 + n ² ²
3-8. Use o Teste da Integral para determinar se a série é convergente ou divergente.8. ∑ n = 1 ∞ n 2 e - n 3