serie mate 2

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Serie Mate 2

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  • Universidad Nacional de Ingeniera

    Facultad de Ingeniera Civil

    Matemtica II

    Apuntes de Clase

    Parte II

    Autor:

    Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    2012, UNI, Per

  • ndice general

    Portada i

    1. Series 1

    1.1. Serie de Potencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    1.2. Serie de Taylor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

    Bibliografa 17

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    i

  • 1Series

    Denicin 1. Una serie numrica en K es un par de sucesiones panqn P N ; pSnqn P Nrelacionadas por la frmula Sn a1 an. Una serie de este tipo se representaabreviadamente mediante

    8

    n1

    an

    1. an se le llama trmino general de la serie.

    2. Sn se llama suma parcial n-sima.

    3. La serie numrica (o simplemente serie) se dice convergente si existe limnSn :S P K.

    4. S recibe el nombre de suma de la serie y se escribe8

    n1

    an S.

    5. Cuando an P R y limnSn 8 la serie se dice divergente a 8

    Teorema 1.0.1. (Condicin necesaria de convergencia)

    Si la serie

    8

    n1

    an converge entonces existe limnan y vale 0.

    ((((((((( expression

    Teorema 1.0.2. (Condicin de Cauchy para la convergencia de una serie)

    La serie numrica

    8

    n1

    an

    es convergente si y solo si para cada 0 existe n0 P N tal que verica

    |ap ap1 aq| ,

    siempre que los naturales p, q cumplan n0 p q.

    Ejemplo 1. Veamos algunos ejemplos

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    1

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    La serie

    8

    n0

    rn

    con |r| 1 es una serie convergente con suma

    1

    1 r

    Si |r| 1 la serie es divergente.

    La serie

    8

    n1

    1

    n2

    es convergente ya que la sucesin pSnqn es montona creciente y acotada

    la serie

    8

    n1

    1

    n

    es divergente, ya que no satisface el criterio de Cauchy

    proposicin 1.0.1. La convergencia de una serie no se altera modicando un nmero

    nito de trminos de la misma.

    proposicin 1.0.2. Sean

    8

    n1

    an y8

    n1

    bn dos series convergentes con sumas A y B

    respectivamente. Entonces para cada , P K, la serie

    8

    n1

    pan bnq

    es convergente y tiene suma A B

    Denicin 2. Sea f : ra,8y R tal que su restriccin a ra, bs es integrable Riemannpara cada a b 8 (una tal funcin se llama localmente integrable).

    1. Se dice que f es integrable en sentido impropio en ra,8y (o que la integral im-propia es convergente) si existe lm

    x8

    x

    afptqdt P R

    2. Dicho lmite recibe el nombre de integral impropia de f en ra,8y y se denota con

    8

    afptqdt.

    Teorema 1.0.3. (Condicin de Cauchy para la convergencia de una integral impropia)

    La integral impropia

    b

    a

    fptqdt,

    donde f : ra, by R es localmente integrable y b 8, es convergente si y solo sipara cada 0 existe c P xa, by tal que si c y z b entonces

    z

    y

    fptqdt

    .

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    2

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    Corolario 1.0.1. La integral impropia

    8

    af converge si, y solo si, lo hace la integral

    impropia

    8

    af para algn a b P R.

    Ejemplo 2. La integral impropia

    8

    1

    1

    tdt

    es convergente para cada 1 y divergente para los otros valores de ya quepara cada x 1 se tiene x

    1

    1

    tdt

    x

    1

    tdt 1

    1 px1 1q

    Y por tanto, para 1 se tiene

    8

    1

    1

    tdt lm

    b8

    1

    1 px1 1q

    mientras que para 1 es

    8

    1

    1

    tdt 8.

    proposicin 1.0.3. Sean f, g : ra, by R conb 8, tales que las integrales impropiasb

    af yb

    ag son convergentes. Entonces para cada , P R, la integral impropiab

    apf

    gq es convergente siendo

    b

    a

    pf gq

    b

    a

    f

    b

    a

    g.

    Para series en general, existen una serie de criterios de convergencia:

    1. Primer criterio de comparacin.- Si panq y pbnq son dos sucesiones de numerosreales tales que Dm P N , tal que 0 an bn para todo natural n m. Entonces:

    a) si la serie

    8

    i1 bi es convergente, la serie8

    i1

    ai es convergente.

    b) si la serie

    8

    i1

    ai es divergente, la serie8

    i1

    bi es divergente.

    2. Segundo criterio de comparacin.- Si panq y pbnq son dos sucesiones de nu-meros reales tal que an 0 y bn 0 para todo n P N y supongamos quelimn

    anbn L P R. Entonces:

    a) si L 0, las series8

    i1

    ai es convergente si y solo si8

    i1

    bi es convergente.

    b) si L 0, la serie8

    i1

    bi es convergente, entonces la serie8

    i1

    ai es convergente.

    c) si L 8, la serie8

    i1

    ai es convergente, entonces la serie8

    i1

    bi es convergente.

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    3

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    3. Criterio de la integral.- Si f : r1,8y R es una funcin decreciente ypositiva, y si para cada n P N , se cumple que an fpnq. Entonces, la serie8

    i1

    ai es convergente si y solo si la integral impropia

    r1,8yfpxqdx existe , y es

    divergente si lmb8

    b

    1fpxqdx 8 .

    4. Criterio del cociente.- Si panq es una sucesin de numeros reales, y L

    limn

    an1an

    . Entonces,

    si L 1 la serie8

    i1

    ai converge.

    si L 1 la serie8

    i1

    ai diverge.

    5. Criterio de Raabe.- Si panq es una sucesin de numeros reales y sea L

    limnn

    1 an1an

    Entonces:

    si L 1 la serie8

    i1

    ai converge.

    si L 1 la serie8

    i1

    ai diverge.

    6. Criterio de la raz.- Si panq es una sucesin de numeros reales no negativos ysea L limn n?

    an . Entonces:

    si L 1 la serie8

    i1

    ai converge.

    si L 1 la serie8

    i1

    ai diverge.

    nota: Si Dlimn

    an1an

    limn n?

    an. Adems, limn

    an1an

    limn n?

    an. Este cri-

    terio se puede utilizar para hallar limn n?

    an hallando el limn

    an1an

    7. Criterio de Lebniz para la serie alternante.- Dada la serie

    8

    n1

    p1qnan, con

    an 0,

    si an es decreciente an1 an

    si limnan 0

    entonces la serie

    8

    n1

    p1q1an converge.

    Denicin 3. Una serie

    8

    n1

    an se dice que es convergente absolutamente si la serie

    8

    n1

    | an | es convergente

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    4

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    Demostracin. Para cada criterio

    1. Si an bn para todo n m, entonces las sumas parciales ensimas verican:

    An Bn para todo natural n. Luego, si la serien

    i1

    bi es convergente lo es tambin

    la sucesin pBnq, y estar acotada superiormente, luego tambin lo estar pAnq,y teniendo en cuenta que pAnq es montona creciente y acotada, Sera:

    pAnq una sucesin convergente la serien

    i1

    bi es convergente

    Y si la serie

    n

    i1

    ai es divergente lo sera tambin la sucesin pAnq, que por ser mo-

    ntona creciente, no esta acotada superiormente, luego por tanto, tampoco estar

    acotada superiormente la sucesin pBnq, y teniendo en cuenta que es montonacreciente y no acotada, sera:

    pBnq una sucesin divergente la serien

    i1

    bi es divergente

    2. Si L 0, Dm P N tal que para todo n m se verica:

    L

    2

    anbn 3

    L

    2

    y por tanto

    Lbn2 an

    3Lbn2

    adems; si la sucesin de sumas parciales ensimas Bn converge, se cumpleLbn2

    y

    3Lbn2tambin converge, lo que implica que la serie de sumas parciales ensimas

    An tambin converge. Luego la serien

    i1

    ai es convergente.

    Y si la la serie

    n

    i1

    ai es divergente, como la sucesin An diverge, entonces, las

    sucesiones

    Lbn2y

    3Lbn2tambin divergen, lo que implica que Bn tambin diverge.

    Luego la serie.

    n

    i1

    bi es divergente

    Luego resulta que las tres series,

    8

    i1

    Lbn2,8

    i1

    3Lbn2y

    8

    i1

    ai

    tienen el mismo carcter de convergencia. Y por tanto las series

    8

    i1

    ai y8

    i1

    bi

    tiene tambin el mismo carcter.

    Si L 0, D, un m P N tal que para todo n m se verica anbn 1 y, por tanto,

    an bn y el resultado se sigue tambin del primer criterio de comparacin.

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

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  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    3. Por ser f decreciente, sera para cada k P N :

    fpk 1q

    xk1

    xk

    fpxqdx fpkq.

    Es decir:

    ak1

    xk1

    xk

    fpxqdx ak

    Y sumando desde k 1 hasta k n, obtenemos:

    Ak1 a1

    xk1

    xk

    fpxqdx An

    Y tomando limites a ambos miembros de la desigualdad, se obtiene el resultado

    pedido.

    4. Supongamos que L limn

    an1an

    1. Entonces, a partir de un cierto natural

    n0. Se cumplir quean1an 1. Es decir an1 an 0 para n n0. Luego sera

    limnan 0. Y la serie no cumplir el criterio necesario de convergencia, por lo

    que

    8

    i1

    ai sera divergente.

    Supongamos que L limn

    an1an

    1 y sea x un nmero real tal que 0 x 1.

    Entonces existe un m P N tal que:

    an1an

    para n m.

    es decir

    an1an anx para n m.

    Y en particular

    am1 amx

    am2 am1x amx2.

    amk amk1x amxk.

    Luego se verica:

    8

    im

    ai 8

    im

    aixi am

    x

    1 x 8.

    Ahora bien teniendo en cuenta, que la suma de una serie nita de trminos nitos

    es n

    8

    im

    ai 8

    im

    aixi

    8

    im

    ai amx

    1 x 8.

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

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  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    5. Supongamos que L 1 y sea x un numero real tal que L x 1. Entonces,Dm P N tal que para todo m P N y para todo n m se verica:

    n

    1an1an

    x

    Es decir:

    npan an1q xan.

    Y por tanto:

    mpamam1qpm1qpam1am2q npanan1q xpamam1am2 anq.

    Luego:

    mam am1 an nan1 xpam am1 anq.

    Y de aqu resulta:

    am1 an pm xqam nan1

    x 1

    pm xqamx 1

    Con lo que:

    a1 an a1 am pm xqamx 1

    Y la serie

    8

    i1

    es convergente, por que la sucesin de sumas parciales est acotada.

    Supongamos ahora que L 1. Entonces, existe un m P N tal que para todon m se verica:

    n

    1an1an

    Es decir

    pn 1qan nan1.

    Y por tanto:

    mam1 pm 1qam2 pn 1qan

    Luego:

    am mam1n 1

    Y como la serie n 1 es divergente, por el primer criterio de comparacin resulta

    que la serie

    8

    i1

    ai es divergente.

    6. Supongamos que L 1 y sea x un numero real tal que L x 1. Entonces,Dm P

    N tal que an xnpara todo n m. Y la convergencia la serie8

    i1

    ai se sigue del

    primer criterio de comparacin, pues por ser 0 x 1, la serie8

    i1

    xi converge.

    Supongamos ahora que L 1. Entonces, an 1 para innitos valores de n yn0 se cumple, la condicin necesaria de que limnan 0, para que se cumpla la

    convergencia de la serie

    8

    i1

    ai

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    7

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    Observaciones y ejemplos:

    1. ww

    En el caso del segundo criterio de comparacin, si L 0 y la serie8

    i1

    bi

    diverge, no se puede armar nada sobre la serie

    8

    i1

    ai.

    Por ejemplo, si an 0 y bn 1, sera L 0, y la serie8

    i1

    ai converge.

    Mientras, que si an 1ny bn 1, sera L 0, y la serie8

    i1

    ai diverge

    La serie

    8

    i1

    1ipes convergente si p 1, y divergente si p 1. Puesto que la

    integral indenida

    8

    1ixpes convergente si p 1, y divergente si p 1.

    Del primer criterio de comparacin, se sigue que la serie

    8

    n1

    sen2xn3es con-

    vergente, puesto que 0 sen2x

    n2

    1n3para todo n P N . Y la serie8

    i1

    1i3es

    convergente.

    Por el segundo criterio la serie

    8

    n1

    npn1qpn2qpn3q. Es convergente, ya que

    lmn n2 npn1qpn2qpn3q 1. Y la serie8

    i1

    1i2es convergente.

    En el criterio del cociente, no se puede armar nada si L 1, ya que

    por ejemplo, para las series

    8

    i1

    1i1y

    8

    i1

    1i2es L 1, y la primera serie es

    divergente, mientras que la segunda convergente.

    En el criterio de la raz, no se puede armar nada si L 1, ya que por ejem-

    plo, para las series

    8

    i1

    1i1y

    8

    i1

    1i2es L 1, y la primera serie es divergente,

    mientras que la segunda convergente.

    La serie

    8

    i1

    1i!, es convergente, ya que:

    limn

    1pn1q!

    1n!

    limn1

    n 1 0

    Ejemplos

    1. Use el criterio de la integral para determinar si la serie

    8

    n1

    1pln6qnconverge o

    diverge.

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    8

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    Solucin. Sea

    fpxq 1

    pln6qx pln6qx lny lnpln6qx lny xlnpln6q

    derivando respecto de x

    1

    yDxy lnpln6q Dxy ylnpln6q

    f 1pxq lnpln6qpln6qx

    ; f 1pxq 0@x 1; `por lo tanto, f es decreciente @x 1. Secumplen pues las hiptesis del criterio de la integral.

    Veamos

    8

    1

    1

    pln6qxdx lm

    b8

    b

    1

    pln6qxdx lmb8

    pln6qx

    lnpln6q

    b

    1

    lmb8

    pln6qb

    lnpln6q

    pln6q1

    lnpln6q

    1

    lnpln6q ln6

    existe. De acuerdo con el criterio de la integral se ha demostrado que la serie

    8

    n1

    1pln6qnes convergente

    2. Considere la funcin

    fpxq

    "

    1 si x P Z0 si x R Z

    La funcin f es positiva pero no continua ni decreciente. La integral

    8

    1fpxqdx

    converge porque

    b

    1fpxqdx 0 para cualquier b 1, as que lm

    b8

    b

    1fpxqdx 0.

    Pero la serie

    8

    n1

    fpnq diverge porque sus sumas parciales son Sn n

    k1

    fpkq n

    para cualquier n P N , as que lmn8

    Sn 8

    Usando la misma funcin f anterior, ahora la funcin gpxq 1 fpxq tiene una

    integral divergente porque

    b

    1gpxqdx b 1 para cualquier b 1, pero su serie

    converge porque

    n

    k1

    gpkq 0 para cualquier n.

    La razn por la que la convergencia de la serie no es equivalente a la convergencia

    de la integral para las dos funciones anteriores no es que ellas sean discontinuas,

    sino que no son montonas.

    3. Un ejemplo con una funcin que no es toda positiva puede ser hpxq cosp2pixqx,

    para x 1 (vea el grco abajo). Esta funcin cambia de signo y tiende a cerode una manera tal que su integral impropia converge, pero hpnq 1

    npara cada

    n P N , de modo que la serie8

    n1

    hpnq diverge.

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    9

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    4. La siguiente serie es divergente

    8

    n1

    ln|n|nEn efecto

    f 1pxq 1 lnx

    x2 0

    es decreciente, aplicando el criterio de la integral

    8

    1

    ln|x|

    xdx lm

    b8

    b

    1

    ln|x|

    xdx lm

    b8

    pln|x|q2

    2

    b

    1

    lmb8

    pln|b|q2

    2

    pln1q2

    2

    8 0

    8

    n1

    ln|n|ndiverge

    5. Usando el criterio de comparacin la serie

    8

    n1

    p2n3q3

    pn31q2es convergente. En efecto

    6. La serie

    8

    n1

    2cosn3

    2nnes convergente, en efecto:

    se conoce que

    0 2 cosn3

    2n n

    3

    2n 3

    1

    2

    n

    Sean an 2cosn3

    2nny bn 3

    12

    nentonces 0 an bn.

    Como

    8

    n1

    bn 8

    n1

    3p1

    2q

    n 8

    porque la serie de la derecha es una serie geomtrica de razn

    12 1. Es decir, la

    serie

    8

    n1

    bn converge. Por el criterio de comparacin, obtenemos8

    n1

    an 8.

    es decir

    8

    n1

    2cosn3

    2nn 8

    7. De la serie

    8

    n1

    an se sabe que la sucesin de las sumas parciales tSnu viene3

    denida por:

    Sn 2n 3

    n 4@n P N

    Hallar

    a) el trmino general de la serie.

    b) el carcter de la suma de la serie.

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    10

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL SERIES

    Solucin. (a) El primer trmino de la serie a1 coincide con S1, i.e. a1 S1 1el resto de los trminos

    an Sn Sn1 2n 3

    n 4

    2n 1

    n 3

    5

    pn 3qpn 4q

    en este caso el primer trmino no sigue la regla general as:

    8

    n1

    an 18

    n2

    5

    pn 3qpn 4q

    Solucin. (b) La serie converge la suma es

    S lmb8

    Sn lmb8

    2n 3

    n 4 2

    Ejercicio 1. Analizar la convergencia de las siguientes series

    a)

    8

    n1

    1np2n5q(Rpta. converge)

    b)

    8

    n1

    1

    n 3?

    ln|n|(Rpta. diverge)

    c)

    8

    n1

    n2en3(Rpta. converge)

    d)

    8

    n1

    1n21(Rpta. converge)

    Ejercicio 2. Pruebe la convergencia o la divergencia de cada serie

    a)

    47

    48

    49

    410

    411

    b)

    8

    n1

    p1qn1 lnnn(Rpta.

    c)

    8

    n1

    p3qn

    n3(Rpta.

    d)

    8

    n1

    p1qn1?

    n(Rpta.

    e)

    8

    n1

    p1qn1nn4(Rpta. converge)

    f)

    8

    n1

    p1qn1 nn21(Rpta.

    g)

    8

    n1

    n2

    3n(Rpta.

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    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    11

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    En el estudio de las funciones elementales por ejemplo las funciones trigonomtricas,

    exponenciales, logartmicas, no se dieron mtodos para calcular sus valores cuando estos

    no son exactas.

    Ejemplo sen23, e expp1q, etc.

    En este captulo estudiaremos la forma de aproximar estas funciones como un po-

    linomio para luego ser evaluados con cierto error de aproximacin.

    Para esto sea f una funcin, entonces f se puede aproximar a un polinomio degrado n con la propiedad que en x0 se cumpla:

    Pp

    xq n

    i0

    aipx x0qi Pnpx0q fpx0q

    P 1p

    xq n

    i1

    iaipx x0qi1 P 1npx0q f1

    px0q

    P 2npx0q f2

    px0q.

    .

    .

    P pnqn px0q fpnqpx0q

    Formula de Taylor

    Se dice que una funcin es una funcin polinomial de grado n si

    fpxq a0 a1x a2x2 anx

    n

    donde cada an es un nmero real an 0, los exponentes son enteros positivos.

    Imprimir pgina 94 del archivo series de calculo II

    1.1. Serie de Potencias

    Denicin 4. Se llama serie de potencias a la serie de funciones del tipo

    8

    n0

    anxn a0 a1x a2x

    2 anx

    n

    8

    n0

    anpx x0qn a0 a1px x0q a2px x0q

    2 anpx x0q

    n

    donde los coecientes a0, a1, a2, . . . , an, . . . son constantes.

    Teorema 1.1.1. Si la serie de potencias

    8

    n0

    anxnes convergente para algn valor

    particular de x x0 0, entonces es absolutamente convergente para todo valor x talque |x| |x0|.

    Si la serie de potencias

    8

    n0

    anxnes divergente para algn valor particular de x

    x0 0, entonces es divergente para todo valor x tal que |x| |x0|.

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    Demostracin. Consideremos que:

    8

    n0

    anxn0 conv lm

    n8anx

    n0 0 |anx

    n0 | 1

    |anxn|

    anxn

    xn0xn0

    |anxn0 |

    xn

    xn0

    1

    xn

    xn0

    xn

    xn0

    rn

    8

    n0

    |anxn|

    8

    n0

    rn conv abs conv

    r 1

    xn

    xn0

    1 |x| |x0|

    8

    n0

    anxn0 div para |x1| |x0| no puede ser8

    n0

    anxn1 converge, ya que sera abso-

    lutamente convergente para |x| |x1|

    Teorema 1.1.2 (convergencia de la serie de potencias). Par la convergencia de las

    series de potencias

    8

    n0

    anxnsolamente caben las tres posibilidades siguientes:

    1. la serie converge nicamente en el punto x 0

    2. la serie converge en toda la recta real p8,8q,

    3. la serie converge en un intervalo centrado en el origen pR,Rq y diverge fuerade l. Pudiendo ser convergente o no en los extremos de dicho intervalo

    Denicin 5. Al intervalo donde converge la serie se llama intervalo de convergencia

    y a R radio de convergencia.

    El intervalo de convergencia podr ser:

    xR,Ry rR,Ry, xR,Rs, rR,Rs

    Para hallar la convergencia en los extremos del intervalo habr que estudiar la conver-

    gencia de las series numricas:

    8

    n0

    anRn,8

    n0

    anpRqn

    Teorema 1.1.3 (radio de convergencia). El radio de convergencia de una serie de

    potencias puede calcularse por cualquiera de las frmulas siguientes:

    R lmn8

    |an|

    |an1|R lm

    n8

    1na

    |an|

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    Nota 1. Cuando el exponente de x es distinto de n, estas frmulas pueden no servlidas. En efecto, cuando el exponente de x es n, al aplicar el criterio del cocienteresulta

    lmn8

    tn1tn

    |x|

    L 1 |x| L R L lm

    n8

    anan1

    Sin embargo, en los dems casos resulta

    lmn8

    tn1tn

    |x|k

    L 1 |x|k L R L lm

    n8

    anan1

    Hemos llamado tn al trmino completo de la serie y an a la parte numrica. Cuandoel radio de convergencia es R 1, en la prctica, el error no se produce ya que |x|k 1 |x| 1.

    Ejemplo 3. 1. El intervalo de convergencia de la serie

    8

    n0

    xn

    n!es todo R. En efecto

    R lmn8

    |an|

    |an1| lm

    n8

    pn 1q!

    n! lm

    n8

    pn 1qn!

    n! lm

    n8pn 1q 8

    de manera que el intervalo de convergencia es x8,8y, es decir la serie con-verge en toda la recta real.

    2. La serie

    8

    n0

    nnxn converge solo para x 0

    En efecto

    lmn8

    na

    |an| lmn8

    na

    |nx|n lmn8|nx|

    "

    8 cuando x 00 cuando x 0

    3. La serie

    8

    n0

    2nxn

    n!es convergente y converge en toda la recta real.

    En efecto Aplicando el criterio del cociente

    lmn8

    |an1|

    |an| lm

    n8

    |2n1xn1n!|

    |pn 1q!2nxn| lm

    n8

    |2x|

    |n 1| 0 1

    la serie converge @x P R as el intervalo de convergencia es x8,8y

    4. El intervalo de convergencia La serie

    8

    n1

    xn

    n4nes r4, 4y

    En efecto Aplicando el criterio del cociente

    lmn8

    |an1|

    |an| lm

    n8

    |xn1n4n|

    |pn 1qxn4n1| lm

    n8

    |nx|

    4|n 1|

    1

    4|x| 1

    es cierto cuando |x| 4, veamos en los extremos:

    x 48

    n1

    4n

    n4n

    8

    n1

    1n:diverge

    x 48

    n1

    p4qn

    n4n

    8

    n1

    p1qn

    n: converge

    as el intervalo de convergencia es r4, 4y

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    5. El intervalo de convergencia de la serie

    8

    n1

    p1qn px2qn

    4n?

    nes el intervalo x2, 6s.

    En efecto Aplicando el criterio del cociente

    lmn8

    |an1|

    |an| lm

    n8

    |px 2qn14n?

    n|

    |4n1?

    n 1px 2qn| lm

    n8

    |px 2q?

    n|

    |4?

    n 1|

    |x 2|

    4 1

    es cierto cuando |x 2| 4, veamos en los extremos:

    x 2 48

    n1

    p1qn 4n

    4n?

    n

    8

    n1

    p1qn?

    n:converge

    x 2 48

    n1

    p1qn 4n

    4n?

    n

    8

    n1

    1?

    n: diverge

    as el intervalo de convergencia es x2, 6s

    6. La serie geomtrica

    8

    n1

    rn es converge si |r| 1 y la suma converge a8

    n1

    rn 11r

    Ejercicio 3. 1. Analizar la convergencia de las series:

    a)

    8

    n1

    p1qn1

    n4npx 2qn

    b)

    8

    n1

    p1qn

    nnpx 1qn

    2. Desarrollar en series de potencias, indicando el intervalo de convergencia,de:

    a) fpxq 11r

    b) fpxq 11x

    c) fpxq 53x

    d) fpxq 53x

    Analizar la convergencia de:

    1.

    8

    n1

    p

    n?

    n 1qn

    2.

    8

    n1

    p

    n1nq

    n

    2nn1

    n

    3.

    8

    n1

    p

    n22n1

    3nq

    n

    4.

    8

    n1

    n?

    pn1q!

    p11qp1?

    2qp1?

    nq

    5.

    8

    n1

    147....p3n2q369...3n

    2

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    1.2. Serie de Taylor

    Ciertas funciones fpxq no pueden ser determinadas o calculadas exactamente enalgunos puntos x0 de su dominio, solo pueden ser determinadas de manera aproximada.Supongamos que la funcin y fpxq tiene derivadas hasta de orden n 1 inclusive, encierto intervalo que contiene al punto x0 as para determinar de este valor aproximadode la funcin en dicho punto aproximamos fpxq a un polinomio Pnpxq de grado n donden depender del grado de aproximacin que se desea determinar.

    Si Pnpxq nk0 akpx x0q

    kdonde los coecientes ak

    f pkqpx0q

    k!

    Una expresin para calcular el error que se comete cuando se aproxima fpxq por elpolinomio Pnpxq esta dado por:

    Teorema 1.2.1. Sea f una funcin que tiene derivadas continuas hasta de orden n1inclusive en cierto intervalo I que contiene al punto x0, entonces para todo x P I:

    fpxq n

    k0

    f pkqpx0q

    k!px x0q

    kRnpx x0q

    donde:

    Rnpx;x0q 1

    n!

    x

    x0

    f pn1qptqpx tqndt

    se llama residuo

    Usando el teorema del valor medio para integrales, se obtiene la expresin para el

    residuo

    Rnpx;x0q f pn1qpcq

    pn 1q!px tqn1

    donde x0 c x x c x0, a esta forma del residuo se le conoce como la Formulade Lagrange para el residuo.

    As para aquellos valores de x en el que el residuo Rnpxq es pequeo, el polinomioPnpxq da un valor aproximado de la funcin fpxq.

    Ejemplo 4. Calcular, con precisin de hasta 0, 001

    1{2

    0

    1 cosx

    x2dx

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  • Bibliografa

    [1] Hasser y Lasalle Anlisis Matemtico Vol-I, Vol-2. Editorial Trillas 1

    o

    edicin

    Mxico 1979

    [2] Luis Leithold. El Clculo. Oxford University Press Mxico S.A. de C.V.

    [3] Marsden J. y A. Tromba. Clculo Vectorial Editorial Pearson Educacin

    [4] Claudio Pita Ruiz. Clculo Vectorial, Edicin Prentice (1995).

    [5] Sherman K. Stein. Clculo con Geometra Analtica, Edicin Prentice (1992).

    Matemticas 2

    Autor: Rolando Gandhi Astete Chuquichaico

    17