AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1722

Условие

Найти сумму \(\displaystyle{n}\) первых членов ряда \(\displaystyle{\frac{1}{1\cdot{4}}+\frac{1}{4\cdot{7}}+\ldots+\frac{1}{(3n-2)\cdot(3n+1)}+\ldots}\). Доказать сходимость ряда, пользуясь непосредственно определением сходимости. Найти сумму ряда.

Решение

Общий член ряда: \(\displaystyle{u_n=\frac{1}{(3n-2)\cdot(3n+1)}=\frac{1}{3}\cdot\left(\frac{1}{3n-2}-\frac{1}{3n+1}\right)}\). Частичная сумма ряда:

\[ S_n =\sum\limits_{k=1}^{n}u_k =\frac{1}{3}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\left(\frac{1}{3k-2}-\frac{1}{3k+1}\right) =\frac{1}{3}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{3k-2}-\frac{1}{3}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{3k+1}=\\ =\frac{1}{3}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{3k-2}-\frac{1}{3}\cdot\sum\limits_{k=2}^{n+1}\frac{1}{3k-2} =\frac{1}{3}\cdot\left(\sum\limits_{k=1}^{n+1}\frac{1}{3k-2}-\frac{1}{3n+1}\right)-\frac{1}{3}\cdot\left(\sum\limits_{k=1}^{n+1}\frac{1}{3k-2}-1\right) =\frac{1}{3}-\frac{1}{9n+3}. \]
\[ \lim_{n\to\infty}S_n =\lim_{n\to\infty}\left(\frac{1}{3}-\frac{1}{9n+3}\right) =\frac{1}{3}. \]

Ряд сходится, его сумма равна \(\displaystyle{\frac{1}{3}}\).

Ответ:

\(\displaystyle{S_n=\frac{1}{3}-\frac{1}{9n+3}}\), \(\displaystyle{S=\frac{1}{3}}\).

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №9Ряды
Параграф №1Числовые ряды
Задача №2729
Задачник №3Кудрявцев "Сборник задач по математическому анализу" (том №2)
Параграф №13Свойства сходящихся рядов
Задача №2
Пункт №2