Matemática, perguntado por Lukyo, 1 ano atrás

(30 PONTOS) Mostre que a série

\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{\infty}\dfrac{\mathrm{\ell n}\left(1+\frac{1}{n} \right )}{\mathrm{\ell n}(n+1)\cdot \mathrm{\ell n}(n)}

converge e indique seu o valor da soma desta série.

Soluções para a tarefa

Respondido por Niiya
3
Definindo a sequência numérica

a_{n}=\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}

Temos que

b_{n}=\dfrac{ln(\frac{n+1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}\\\\\\b_{n}=\dfrac{ln(n+1)-ln(n)}{ln(n+1)\cdot ln(n)}\\\\\\b_{n}=\dfrac{ln(n+1)}{ln(n+1)\cdot ln(n)}-\dfrac{ln(n)}{ln(n+1)\cdot ln(n)}\\\\\\b_{n}=\dfrac{1}{ln(n)}-\dfrac{1}{ln(n+1)}

Se definirmos a sequência

a_{n}=\dfrac{1}{ln(n)}

Temos que

\Delta(a_{n})=a_{n+1}-a_{n}=\dfrac{1}{ln(n+1)}-\dfrac{1}{ln(n)}=-b_{n}\\\\\\\boxed{\boxed{b_{n}=-\Delta(a_{n})}}

Portanto, a k-ésima soma parcial da série dada é

\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{k}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=\sum\limits_{n=2}^{k}\left(\dfrac{1}{ln(n)}-\dfrac{1}{ln(n+1)}\right)\\\\\\\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{k}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=\sum\limits_{n=2}^{k}-\Delta(a_{n})\\\\\\\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{k}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=-\sum\limits_{n=2}^{k}\Delta(a_{n})

E, como vimos

\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{k}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=-(a_{k+1}-a_{2})\\\\\\\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{k}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=a_{2}-a_{k+1}\\\\\\\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{k}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=\dfrac{1}{ln(2)}-\dfrac{1}{ln(k+1)}

Por definição, se o limite

\displaystyle\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\sum\limits_{n=2}^{k}b_{n}

existir, temos que a série converge e seu valor é definido como o valor do limite

\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{k}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\left(\dfrac{1}{ln(2)}-\dfrac{1}{ln(k+1)}\right)

Como \dfrac{1}{ln(k+1)}\longrightarrow0~quando~k\longrightarrow\infty

Portanto:

\displaystyle\sum\limits_{n=2}^{\infty}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=\dfrac{1}{ln(2)}-0\\\\\\\boxed{\boxed{\sum\limits_{n=2}^{\infty}\dfrac{ln(1+\frac{1}{n})}{ln(n+1)\cdot ln(n)}=\dfrac{1}{ln(2)}}}

Lukyo: Tranquilo... kkk :-)
Niiya: Editei, acho que não sobrou nenhum erro
Lukyo: Obrigado!
Lukyo: Só uma observação: Na hora de passar o limite, não seria lim_k -> infinito?
Lukyo: E na primeira linha, seria b_n, no lugar de a_n, de acordo como foi definido posteriormente?
Lukyo: Do mais tudo certo!!! Parabéns pela resposta! :-)
Niiya: Isso! Confundi
Niiya: Não dá pra editar :(
Lukyo: Tranquilo.. eu entendi tudo!! :-)
Niiya: Ok :D
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