Successioni e serie 1. Calcolare i seguenti limiti di successioni: √ √ 1) lim n+2− n−1 n→+∞ 2) lim 3n + 4n − 5n n→+∞ 2n+1 − 4n−1 n→+∞ 3n √ n 4) lim n2 3) lim n→+∞ 5) (n3n+1 + n5 + 1)n! n→+∞ (3n + 2n )(n + 1)! lim à 6) 7) lim n→+∞ n2 + n n2 − n + 2 !n lim [log(n + en ) − 3n] n→+∞ 2. Studiare il carattere delle seguenti serie: 1) 2) +∞ X e−n n n=0 n + e +∞ X µ n=4 3) n n−3 ¶n2 +∞ X n2n n 2 n=1 e sin n1 √ 4) n log n n=2 +∞ X 1 +∞ X en 5) 2 n=1 n 6) +∞ X n=0 7) +∞ X µ 2 + sin n 4 √ n+1− ¶n √ n n=0 1 8) 9) +∞ X | log λ|n , λ>0 n n=1 +∞ X 1 sin(sin ) n n=1 10) 11) +∞ X n! n n=1 n +∞ X (−1)n n=1 12) 13) sin2 n n2 +∞ X λn , λ∈R n=1 n +∞ X cos(nπ) n n=1 3. Stabilire per quali valori del parametro reale λ converge la serie +∞ X (λ2 −1)n . n=0 Per i valori trovati calcolarne la somma. 4. Scrivere la successione delle somme parziali della serie +∞ X (λn+1 − λn ). n=0 Determinarne il carattere e la somma. 5. Stabilire, al variare del parametro reale positivo λ, il carattere di +∞ X n=0 1 (2λ)n + nλ +∞ X 6. Stabilire per quali valori del parametro reale a converge la serie (n + 1 − n=0 √ n2 + 2n)a . 7. Stabilire il carattere di +∞ X log n . 2 n=2 n 8. Stabilire, al variare del parametro reale λ, il carattere di +∞ X n=1 9. Stabilire il carattere di +∞ X (−1)n n=2 log n . n 2 √ n + log n sin n. n2 + λn . 10. Stabilire il carattere di cos( π2 n) . n n=2 +∞ X 11. Dopo aver stabilito la convergenza delle seguenti serie, calcolarne la somma: 1) 2) 3) +∞ X (−1)n 2n n=0 2 +∞ X 2n n+1 n=1 3 +∞ X 2n 2n n=0 e Traccia delle soluzioni. n + 2 − (n − 1) √ 1. 1) = lim √ =0 n→+∞ n+2+ n−1 2) = lim −5n = −∞ n→+∞ 3) = lim 4n (2 · n→+∞ 4) = lim e 2 log n n n→+∞ ³ ´n 2 4 3n − 1) = −∞ =1 (n3n+1 + n5 + 1) n3n+1 = lim =3 n→+∞ (3n + 2n )(n + 1) n→+∞ n3n 5) = lim ³ n log 6) = lim e n2 +n n2 −n+2 ³ = lim e n ´ n2 +n −1 n2 −n+2 n→+∞ n→+∞ · 7) = lim n log(1 + n→+∞ ´ = e2 ¸ n ) − 3 = −∞ en µ 1 e−n ∼ 2 2. 1) Serie a termini positivi, n n+e e µ 2) Serie a termini positivi, n n−3 ¶n2 ¶n , converge. 3n2 ∼ e n−3 9 0, diverge. à n2n 2 3) Serie a termini positivi, n = n √ e e2 3 !n 9 0, diverge. sin 1 1 1 4) Serie e termini positivi, √ n ∼ 3 ≤ 3 definitivamente (∀n ≥ n log n n 2 log n n2 3), converge. 1 en 1 5) Serie a termini positivi, 2 ∼ 2 , converge. n n ¶ µ µ ¶n 2 + sin n n 3 6) Serie a termini positivi, ≤ , converge. 4 4 √ √ 1 1 7) Serie a termini positivi, n + 1 − n = √ √ ∼ √ , diverge. 2 n n+1+ n s | log λ|n | log λ| 1 = √ → | log λ|, quindi se < λ < e n n n e 1 converge per il criterio della radice; se λ = e, − diverge (è l’armonica), negli e altri casi la serie diverge per il criterio della radice. 1 1 1 9) Serie a termini positivi (N.B. 0 < sin < 1 ⇒ sin(sin ) > 0), sin(sin ) ∼ n n n 1 , diverge. n µ ¶ n + 1 −n 1 (n + 1)! n! nn → 10) Serie a termini positivi, : = = , la (n + 1)n nn (n + 1)n n e serie converge per il criterio del rapporto. ¯ ¯ 2 ¯ ¯ 1 ¯ n sin n ¯ 11) Serie a termini di segno variabile, ¯¯(−1) ¯ ≤ 2 , converge assoluta2 n ¯ n mente, quindi anche semplicemente. 8) Serie a termini positivi, n v¯ u ¯ ¯ λn ¯ u λn ¯ n ¯ 12) Serie a termini di segno variabile, → 0 se e solo se |λ| ≤ 1; t ¯ ¯ = ¯ n n¯ |λ| √ → |λ|, dunque, per il criterio della radice, se |λ| < 1 la serie converge n n assolutamente e quindi anche semplicemente; se λ = 1 la serie diverge (è l’armonica), se λ = −1 la serie converge per il criterio di Leibniz; se |λ| > 1 la serie non converge perché il termine generale non tende a zero. 13) Serie a termini di segno variabile, il criterio di Leibniz. +∞ X +∞ X (−1)n cos(nπ) = , converge per n n n=1 n=1 √ √ 3. Serie geometrica, converge se |λ2 − 1| < 1, cioé per − 2 < λ < 2, λ 6= 0 1 e ha per somma . 2 − λ2 4 4. Serie telescopica, Sn = λn+1 − 1; la serie converge se −1 < λ ≤ 1 e ha per somma -1 se λ 6= 1, 1 se λ = 1; diverge se λ < 1; è irregolare se λ ≤ −1. 5. Serie a termini positivi, se λ > 1 1 1 , ∼ , converge; se λ ≤ n λ 2 (2λ) + n (2λ)n 1 1 1 , ∼ λ , diverge (serie armonica generalizzata) . n λ 2 (2λ) + n n √ √ 6. Serie a termini positivi: Ãn + 1s≥ n2 + 2n.! n + 1 − n2 + 2n = n + q 1 1 1 1 − (n + 1)2 − 1 = (n + 1) 1 − 1 − ∼ ∼ , la serie 2 (n + 1) 2(n + 1) 2n quindi converge se a > 1. √ n n log n 7. Serie a termini positivi, poiché lim = 0, definitivamente si ha n→+∞ n2 √ n n log n log n 1 che ≤ 1, cioè ≤ √ , la serie allora converge per il criterio 2 2 n n n n del confronto. ¯√ ¯ ¯ ¯√ ¯ n + log n ¯ ¯ n + log n ¯ 1 ¯ ¯ ¯ ¯ 8. Serie a termini di segno variabile, ¯¯ 2 sin n¯¯ ≤ ¯¯ 2 ¯∼ 3, n + λn n + λn ¯ n 2 converge assolutamente, quindi anche semplicemente per ogni λ. à ! log n 1 9. Serie a termini di segno variabile. La serie diverge assolutamente ≥ se n ≥ 3 ; n n log n per studiare la convergenza semplice applichiamo il criterio di Leibniz, è n log x definitivamente decrescente, infatti la funzione y = ha derivata negativa x per ogni x > e, quindi la serie converge semplicemente. π 10. Serie a termini di segno variabile. Se n è pari, n = 2k, cos n = cos kπ = 2 +∞ +∞ X cos π n X (−1)k π 2 (−1)k ; se n è dispari cos n = 0. Dunque = ; la serie 2 n n=2 k=1 2k converge per il criterio di Leibniz. 11. 1) Serie geometrica, = +∞ X µ n=0 2) Serie geometrica, = +∞ X −1 4 ¶n µ ¶n 1 2 3 n=0 3 − = 4 5 1 2 = 3 3 5 3) Serie geometrica, = +∞ X n=0 µ 2 e2 ¶n = e2 e2 − 2 6