Высшая математика (стр. 3 из 5)

Вывод: ряд сходится.

Нормальные системы обыкновенных дифференциальных уравнений.

Определение. Совокупность соотношений вида:

где х- независимая переменная, у₁, у₂,…,у_n – искомые функции, называется системой дифференциальных уравнений первого порядка.

Определение. Система дифференциальных уравнений первого порядка, разрешенных относительно производных от неизвестных функций называется нормальной системой дифференциальных уравнений.

Такая система имеет вид:

(1)

Для примера можно сказать, что график решения системы двух дифференциальных уравнений представляет собой интегральную кривую в трехмерном пространстве.

Теорема. (Теорема Коши). Если в некоторой области (n-1) –мерного пространства функции

… непрерывны и имеют непрерывные частные производные по , то для любой точки этой области существует единственное решение

системы дифференциальных уравнений вида (1), определенное в некоторой окрестности точки х₀ и удовлетворяющее начальным условиям

Определение. Общим решением системы дифференциальных уравнений вида (1) будет совокупность функций

, , … , которые при подстановке в систему (1) обращают ее в тождество

Ряды с неотрицательными членами.

При изучении знакопостоянных рядов ограничимся рассмотрением рядов с неотрицательными членами, т.к. при простом умножении на –1 из этих рядов можно получить ряды с отрицательными членами.

Теорема. Для сходимости ряда

с неотрицательными членами необходимо и достаточно, чтобы частные суммы ряда были ограничены.

Признак сравнения рядов с неотрицательными членами.

Пусть даны два ряда

и при u_n, v_n³ 0.

Теорема. Если u_n£v_n при любом n, то из сходимости ряда

следует сходимость ряда , а из расходимости ряда следует расходимость ряда .

Доказательство. Обозначим через S_n и s_n частные суммы рядов

и . Т.к. по условию теоремы ряд сходится, то его частные суммы ограничены, т.е. при всех ns_n<M, где М – некоторое число. Но т.к. u_n£v_n, то S_n£s_n то частные суммы ряда тоже ограничены, а этого достаточно для сходимости.

Также используется следующий признак сходимости:

Теорема. Если

и существует предел , где h – число, отличное от нуля, то ряды и ведут одинаково в смысле сходимости.

Признак Коши. (радикальный признак)

Если для ряда

с неотрицательными членами существует такое число q<1, что для всех достаточно больших n выполняется неравенство

,

то ряд

сходится, если же для всех достаточно больших n выполняется неравенство

то ряд

расходится.

Следствие. Если существует предел

, то при r<1 ряд сходится, а при r>1 ряд расходится.

Интегральный признак Коши.

Если j(х) – непрерывная положительная функция, убывающая на промежутке [1;¥), то ряд j(1) + j(2) + …+ j(n) + … =

и несобственный интеграл одинаковы в смысле сходимости.

Пример. Ряд

сходится при a>1 и расходится a£1 т.к. соответствующий несобственный интеграл сходится при a>1 и расходится a£1. Ряд называется общегармоническим рядом.

Следствие. Если f(x) и j(х) – непрерывные функции на интервале (a, b] и

то интегралы и ведут себя одинаково в смысле сходимости.

Знакочередующиеся ряды.

Знакочередующийся ряд можно записать в виде:

где

Признак Лейбница.

Если у знакочередующегося ряда

абсолютные величины u_i убывают и общий член стремится к нулю , то ряд сходится.

Признаки Даламбера и Коши для знакопеременных рядов.

Пусть

- знакопеременный ряд.

Признак Даламбера. Если существует предел

, то при r<1 ряд будет абсолютно сходящимся, а при r>1 ряд будет расходящимся. При r=1 признак не дает ответа о сходимости ряда.

Признак Коши. Если существует предел

, то при r<1 ряд будет абсолютно сходящимся, а при r>1 ряд будет расходящимся. При r=1 признак не дает ответа о сходимости ряда.

Пример. Разложить в ряд функцию

при помощи интегрирования.

При

получаем по приведенной выше формуле:

Разложение в ряд функции

может быть легко найдено способом алгебраического деления аналогично рассмотренному выше примеру.

Тогда получаем:

Окончательно получим:

Абсолютная и условная сходимость рядов.

Рассмотрим некоторый знакопеременный ряд (с членами произвольных знаков).

(1)

и ряд, составленный из абсолютных величин членов ряда (1):

(2)

Теорема. Из сходимости ряда (2) следует сходимость ряда (1).

Доказательство. Ряд (2) является рядом с неотрицательными членами. Если ряд (2) сходится, то по критерию Коши для любого e>0 существует число N, такое, что при n>N и любом целом p>0 верно неравенство:

По свойству абсолютных величин: