AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1941

Условие

Найти n-ю частичную сумму \(\displaystyle{S_n}\) ряда и сумму \(\displaystyle{S}\) этого ряда:

\[\frac{1}{3\cdot{5}\cdot{7}}+\frac{1}{5\cdot{7}\cdot{9}}+\ldots+\frac{1}{(2n+1)\cdot(2n+3)\cdot(2n+5)}+\ldots\]

Решение

Процесс разложения общего члена ряда на элементарные дроби стандартный, поэтому сразу укажем результат:

\[ u_n=\frac{1}{8}\cdot\frac{1}{2n+1}-\frac{1}{4}\cdot\frac{1}{2n+3}+\frac{1}{8}\cdot\frac{1}{2n+5} \]

Запишем и упростим частичную сумму ряда:

\[ S_n =\sum\limits_{k=1}^{n}\left(\frac{1}{8}\cdot\frac{1}{2k+1}-\frac{1}{4}\cdot\frac{1}{2k+3}+\frac{1}{8}\cdot\frac{1}{2k+5}\right) =\frac{1}{8}\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{2k+1}-\frac{1}{4}\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{2k+3}+\frac{1}{8}\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{2k+5}=\\ =\frac{1}{8}\cdot\left(\sum\limits_{k=1}^{n+2}\frac{1}{2k+1}-\frac{1}{2n+3}-\frac{1}{2n+5}\right)-\frac{1}{4}\cdot\left(\sum\limits_{k=1}^{n+2}\frac{1}{2k+1}-\frac{1}{3}-\frac{1}{2n+5}\right)+\\ +\frac{1}{8}\cdot\left(\sum\limits_{k=1}^{n+2}\frac{1}{2k+1}-\frac{1}{3}-\frac{1}{5}\right) =\frac{1}{60}-\frac{1}{8(2n+3)}+\frac{1}{8(2n+5)} \]

Сумма ряда такова:

\[ S =\lim_{n\to\infty}S_n =\frac{1}{60}. \]

К слову, здесь можно было поступить и так:

\[ u_n =\frac{1}{4}\cdot\frac{2n+5-(2n+1)}{(2n+1)(2n+3)(2n+5)} =\frac{-1}{4(2n+3)(2n+5)}-\frac{-1}{4(2n+1)(2n+3)} \]

Мы записали общий член в виде \(\displaystyle{u_n=b_{n+1}-b_n}\), где \(\displaystyle{b_n=\frac{-1}{4(2n+1)(2n+3)}}\). Для дальнейшего решения применяется свойство, сформулированное в текущем параграфе №13 (см. пункт №1 этой задачи).

Ответ:

\(\displaystyle{S_n=\frac{1}{60}-\frac{1}{8(2n+3)}+\frac{1}{8(2n+5)}}\), \(\displaystyle{S=\frac{1}{60}}\).

Источники задачи

Задачник №3Кудрявцев "Сборник задач по математическому анализу" (том №2)
Параграф №13Свойства сходящихся рядов
Задача №2
Пункт №4