Enunciado

Seja a_n = (1)/(n . ln n . ln ( ln n )) e b_n = (1)/(n . ln n . [ln (ln n)]^2)

Prove:

sum_(n = 3)^(+ oo) a_n é d i v e r g e n t e e underset(n -> oo)(lim) ln n [n (1 - (a_n + 1)/(a_n)) - 1] = 1

Passo 1

Estamos começando mais uma questão bem legal !!

Antes de qualquer coisa vamos calcular a integral de a_n para saber se ela é divergente ou não:

int_3^(oo) (1)/(n . ln n . ln ( ln n )) d n = (ln |ln (ln n)|) [[oo],[3]] = oo

Sendo assim:

sum_(n = 3)^(+ oo) a_n = int_3^(oo) (1)/(n . ln n . ln ( ln n )) d n = oo

Portanto nossa série é divergente, certo?

Agora nós vamos olhar a outra parte do problema:

underset(n -> oo)(lim) ln n [n (1 - (a_n + 1)/(a_n)) - 1]

Reescrevendo:

underset(n -> oo)(lim) ln n [n (1 - (a_n + 1)/(a_n)) - 1] = underset(n -> oo)(lim) n ln n [1 - (n)/(n - 1) (a_n + 1)/(a_n)]

Olhando para o termo (a_n + 1)/(a_n) :

(a_n + 1)/(a_n) = (1)/(( n + 1 ) . ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) )) xx (n . ln n . ln ( ln n ))/(1)

(a_n + 1)/(a_n) = (n . ln n . ln ( ln n ))/(( n + 1 ) . ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))

No limite:

underset(n -> oo)(lim) n ln n [1 - (n)/(n - 1) (n . ln n . ln ( ln n ))/(( n + 1 ) . ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))] = underset(n -> oo)(lim) n ln n [1 - (n^2)/(n^2 - 1) (ln n . ln ( ln n ))/(ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))]

Para ficar menos confuso vamos reorganizar:

underset(n -> oo)(lim) n ln n [1 - (1)/(1 - (1)/(n^2)) (ln n . ln ( ln n ))/(ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))]

Quando aplicarmos o limite no termo que acabamos de mexer:

underset(n -> oo)(lim) n ln n [1 - (ln n . ln ( ln n ))/(ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))]

Ou melhor:

underset(n -> oo)(lim) [n ln n - (n (ln n)^2 . ln ( ln n ))/(ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))]

E aplicando nosso limite:

underset(n -> oo)(lim) [n ln n - (n (ln n)^2 . ln ( ln n ))/(ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))] = oo

Como o limite é infinito, segundo o critério de Morgan ela deveria ser convergente ! Mas nós acabamos de ver que isso não é verdade, e portanto o critério de Morgan não nos revela nada !!

E quando o critério não diz nada sobre nada temos que L = 1 , então:

underset(n -> oo)(lim) [n ln n - (n (ln n)^2 . ln ( ln n ))/(ln ( n + 1 ) . ln ( ln ( n + 1 ) ))] = 1

Tranquilo ??

Resposta

C o m o v i s t o a c i m a ‼

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