Héctor Palma Valenzuela. Dpto. de Matemática UdeC. 1

Documentos relacionados
c n sucesiones numéricas. Si n a n. } k=1 dos subsucesiones de la sucesión { } k=1 = an. Entonces, si lím = L se tiene que lím a n = L.

Departamento de Matemáticas

Series numéricas (I) 1 Convergencia y divergencia. 2 Series importantes. 3 Propiedades generales. 4 Series de términos positivos

Tema 2: Series numéricas

La siguiente definición es muy intuitiva. Se dice que una sucesión {x n } es:

SUCESIONES Y SERIES INFINITAS

Series. Capítulo Introducción. Definición 4.1 Sea (x n ) n=1 una sucesión de números reales. Para cada n N. S n = x k = x 1 + x x n.

Sucesiones. Convergencia

Tema 5: Convergencia y acotación. Subsucesiones. Operaciones con sucesiones convergentes.

BORRADOR. Sucesiones y series numéricas Sucesiones. es un conjunto ordenado de números

Sucesiones monótonas Monotonía. Tema 6

C alculo Noviembre 2010

Series numéricas y de potencias. 24 de Noviembre de 2014

Sucesiones y Suma Finita

: k }, es decir. 2 k. k=0

Sucesiones y series numéricas

TEMA 3. SERIES NUMÉRICAS

Sucesiones y Series Sucesiones

DEFINICIÓN DE SUCESIÓN. Definición: Una sucesión de números reales es una aplicación del conjunto de los números naturales en los reales: x : n x n -

Espacios métricos completos

ELEMENTOS DE ANÁLISIS FUNCIONAL

Elementos Básicos de Análisis Funcional en. Dr. Oldemar Rodríguez Rojas

Sucesiones Introducción

Sucesiones en R. j. armando Velazco. Bitácora personal de matemáticas

BORRADOR. Series de potencias y de funciones Sucesiones de funciones

Series y Probabilidades.

SUBSUCESIONES. Las sucesiones convergentes son acotadas, como hemos visto. El recíproco no es cierto. No toda sucesión acotada es covergente.

Divergencia de sucesiones

CÁLCULO II. Grado M+I. Sucesiones y series de funciones. Sucesiones y series de funciones 1 / 27. Grado M+I () CÁLCULO II

TEMA2. SUCESIONES DE NÚMEROS REALES Y COMPLEJOS

Sucesiones acotadas. Propiedades de las sucesiones convergentes

Ejercicios de Análisis Funcional

Integrales impropias múltiples

1. Sucesiones. Sucesiones. Compacidad. {( 1) n, n N} = { 1, 1, 1, 1, 1, 1,... } es una sucesión de elementos del conjunto { 1, 1}, y la familia

Cálculo Integral Criterios de convergencia. Universidad Nacional de Colombia

Sucesiones y convergencia

Cálculo diferencial e integral I. Eleonora Catsigeras

Semana 09 [1/28] Sucesiones. 29 de abril de Sucesiones

Un resumen de la asignatura. Junio, 2015

Espacios compactos. 7.1 Espacios compactos

Teorema de Existencia y Unicidad Ecuaciones Diferenciales Ordinarias.

10. Series de potencias

Series de números complejos

CRITERIOS DE CONVERGENCIA

Divergencia de sucesiones

1. Convergencia en medida

MATE 5201: Cálculo Avanzado

Espacios completos. 8.1 Sucesiones de Cauchy

TEMA 4: SUCESIONES EN R.

Métodos Matemáticos: Análisis Funcional

1. Sucesiones y redes.

1. Continuidad. Universidad de Chile Subsucesiones. Ingeniería Matemática

MA3002. Matemáticas Avanzadas para Ingeniería: Sucesiones, Series y Series de Potencias. Departamento de Matemáticas. Convergencia. Resultados.

Nociones topológicas elementales de R n

Sucesiones en R n. Ejemplos.-Considerando el espacio R 2 sea la sucesión {x k } 1 dada por x k = ( k, 1 k) podemos listar como sigue:

Sucesiones de números reales

Espacios compactos. Se pretenden alcanzar las siguientes competencias específicas:

Una aplicación de las sucesiones consiste en representar sumas in nitas. Dicho brevemente, si fa n g es una sucesión, entonces

Sucesiones y convergencia

Ejercicios de Análisis I

El espacio euclideano

Continuidad y Continuidad Uniforme. Aplicaciones lineales continuas.

Números naturales y recursividad

Observación: Aceptaremos que la función f no este definida para un número finito de términos como por ejemplo f(n) = n 5.

Problemas tipo examen

Normas Equivalentes. Espacios Normados de Dimensión Finita

Sucesiones Cuasi-Cauchy *

Sucesiones y series de números reales

Sucesiones convergentes

Teoremas de Convergencia

Variable Compleja I ( ) Ejercicios resueltos. Las convergencias puntual y uniforme de sucesiones y series de funciones

TEMA 4. Series de potencias

Apuntes sobre la integral de Lebesgue

Cálculo Integral Series de potencias. Universidad Nacional de Colombia

Fórmula integral de Cauchy

Ejercicios Decir si cada una de las siguientes expresiones es cierta o falsa: j , c) j 1. j 4, b) j 2, k 2

1. Medida Exterior. Medida de Lebesgue en R n

Continuidad y monotonía

1.3. El teorema de los valores intermedios

1 Continuidad uniforme

Continuidad. 5.1 Continuidad en un punto

Acotación y compacidad

Análisis Matemático I: Numeros Reales y Complejos

Inducción y recursividad

Límite superior y límite inferior de una sucesión

Espacios compactos. Capítulo Cubiertas. En este capítulo estudiaremos el concepto de compacidad en un espacio métrico.

Funciones en R n Conceptos métricos y topológicos Límites y continuidad en R 2. Funciones en R n : nociones topológicas

1 Sucesiones. Ejemplos. a n = n. a n = n! a n = p n. a n = 2n3 + n n a n = ln(n) a n = n n

F-ESPACIOS. 1.- Introducción

CÁLCULO DIFERENCIAL EN VARIAS VARIABLES

Topología en R n. Continuidad de funciones de varias variables

Se suponen conocidos los siguientes conceptos previos desarrollados en las secciones 1, 2, 3.1 y 3.2:

Sucesiones y series de funciones

TEMA Espacios métricos

Relaciones de recurrencia

MMAF: Espacios normados y espacios de Banach

ECUACIONES EN DERIVADAS PARCIALES Tópicos previos

Convergencia Sucesiones convergentes

Clase de Álgebra Lineal

Transcripción:

Héctor Palma Valenzuela. Dpto. de Matemática UdeC. 1 Parte I Sucesiones y Series 1. Sucesiones 1.1. Convergencia de sucesiones Trabajaremos, en general, en un espacio métrico(e, d). Una sucesión de puntos de E es una función x : N E, n x(n), donde interesa considerar sus imágenes ordenadas según los números naturales, como se indica x(1),x(2),...,x(n)... Lanotacióndelostérminos deunasucesión,asícomodeellamismaes x n =x(n) (lostérminos) y {x n } n N (lasucesión) Tambiénseconsideraráelconjuntoformadoporlostérminosdelasucesión{x n :n N} llamadocampodevariabilidad de{x n } n N No confundir la sucesión con su campo de variabilidad. La sucesión tiene infinitos términos(tantos como números naturales), mientras que su campo de variabilidad podría ser finito. Definición1 Lasucesión{x n } depuntosdee convergeal puntox E ssi para cadaε>0existen ε Ntalque n:n N ε = d(x n,x)<ε Noteque:d(x n,x)<ε x n B(x,ε).Luegolacondiciónindicaqueapartir delíndicen ε enadelante,todoslostérminosdelasucesiónestánenlabolaabierta decentroxyradioε.otambién,fueradelabolab(x,ε)sólohayunnúmerofinito de términos de la sucesión. Pararepresentarlaconvergenciadelasucesión{x n }alpuntoxseescribe lím x n=xotambiénx n x Encasoquenoexistax E satisfaciendolacondicióndeladefinición,sedice que la sucesión diverge. Queda de ejercicio probar que: a)límx n =x límx n =y = x=y(ellímite,cuandoexiste,esúnico) b) Si x es un punto de acumulación del conjunto A, entonces existe una sucesión {x n }depuntosdistintosdeatalquelímx n =x Unasucesión{x n }sediceacotada cuandosucampodevariabilidadesunconjunto acotado. Esto es, el conjunto está incluido en alguna bola abierta.

2 Proposición 2 Toda sucesión convergente es acotada. Dem.Sea{x n }conx n x.entoncesexisten talque n:n N d(x n,x)<1 Ahora,eligiendor=máx{1,d(x 1,x),...,d(x N 1,x)}setieneque {x n :n 1} B(x,r+1) loquemuestraquelasucesiónesacotada. Es fácil mostrar que en R la sucesiónx n = ( 1) n, n 1; es acotada yno es convergente. O sea, acotada no implica convergente. En el espacio vectorial euclídeo R k (en particular R) se tienen los conocidos teoremas sobre álgebra de límites(del cálculo). Teorema3 (EnR)Silímx n =x límy n =y,entonces a)lím(x n +y n )=x+y b)lím(c x n )=c x c)lím(x ( n y n )=x y 1 d)lím x n )= 1,siemprequex 0 x Teorema4 (EnR k )SeaX n =(x n1,x n2,...,x nk )unasucesiónenr k yx=(x 1,x 2,...,x k ) unpuntoder k.setieneentonces límx n =X j: lím x nj =x j Además,silímX n =X, límy n =Y y límc n =c,entonces lím(x n +Y n )=X+Y, lím(x n Y n )=X Y, lím(c n X n )=c X Las demostraciones de estos resultados se dejan de tarea para desarrollar en el sitio web del curso 1.2. Subsucesiones Lassubsucesionesdeunasucesión{x n } n 1 sedefinenhaciendousodeunasucesióncrecientedenúmerosnaturales{n k } k 1.Enefecto,si es una sucesión de naturales, entonces n 1 <n 2 <...<n k <... x n1,x n2,...,x nk,... esunasubsucesión delasucesión{x n } n 1 Un resultado evidente es {x n } convergeax todasubsucesión {x nk } k de {x n } n convergeax

3 Teorema5 TodasucesiónacotadaenR k poseeunasubsucesiónconvergente. Dem. Tarea. Teorema6 Dadaunasucesión{x n }enunespaciométricoe,elconjunto { } y E: subsucesión {x nk } con lím =y k escerradoene. Dem. Tarea 1.3. Sucesión de Cauchy Intuitivamente,cuandounasucesión{x n }convergealpuntoxenelespaciométricoe,lospuntosdelasucesiónseacercanasulímitexenlamedidaqueelíndice ncrece(d(x n,x)disminuye).podemosentenderentoncesquelostérminos,alestar cercadex,tambiéndebenestarcercaunodelotro. Esta característica de las sucesiones convergentes lleva al concepto de sucesión de Cauchy Definición7 Lasucesión{x n }depuntosdeeesunasucesióndecauchyssipara cadaε>0,existeunenteron ε talque n,m N:n N m N = d(x n,x m )<ε Queda de tarea mostrar: a) Toda sucesión convergente es una sucesión de Cauchy. b) Toda sucesión de Cauchy es acotada. c)dadaunasucesión{x n },seconsideraparacadanaturalm:b m ={x n :n m}. Se tiene entonces {x n } esdecauchy lím m d(b m)=0 donded(b m )eseldiámetrodelconjuntob m. d) Si {K n } es una sucesión decreciente de compacto en E con lím d(k n ) = 0, entonces K n estáformadoporunsolopunto. Teorema8 TodasucesióndeCauchyenR k esconvergente. Dem. Sea{x n } unasucesión decauchyenr k.segúnel ejercicioc)anterior, lím m d(b m)=0paralafamilia B m ={x n :n m}

4 Ahora,siseconsidera B m,laclausuradeb m, setieneunasucesióndecompactos (cerrados y acotados) que es decreciente y además lím d( B ) m = lím d(b m)=0. m m Porejerciciod),!x B m.restaprobarquelímx n =x Sea ε > 0. Existe natural N tal que m : m N = d ( B m ) < ε. Luego, d ( B N ) <ε c.q.d. p : p B N d(p,x)<ε p : p B N d(p,x)<ε n : n N = d(x n,x)<ε Definición9 Unespaciométrico(E,d)enelcualtodasucesióndeCauchyesconvergente se denomina completo. ElteoremaanteriorindicaqueelespacioR k esunespaciométricocompleto. 1.4. Límites superior e inferior Estosconceptossedefinenparasucesiones{x n }denúmerosreales. Previamente se precisa el comportamiento de ciertas sucesiones divergentes, que secomportandemodotalquepodemosconsiderarqueellasdivergena+ oque divergen a. Definición10 Sedicequelasucesión{x n }divergea+ (seescribex n + ) ssi dadom real,existeunnaturaln talque n:n N = x n >M Sedicequelasucesión{x n }divergea (seescribex n )ssi dadom real,existeunnaturaln talque n:n N = x n <M Elconjunto R=R {,+ }sedenominasistemaampliadodenúmerosreales. Más adelante(en otro curso) se estudiará con mayor profundidad. Por ahora lo ocuparemos sólo para precisar la siguiente idea:

5 Definición11 Dada una sucesión {x n } de números reales se considerará el conjunto X= { x R: {x nk } subsucesiónde {x n } talquex nk x } Se definen: Estodefinidoen R. x límsupx n =supx x límínfx n =ínfx Teorema12 Sea{x n }unasucesióndenúmerosrealesyx definidocomoarriba. Se verifica: a)x X b)six>x,entoncesexisten Ntalque n:n N x n <x c)x eselúniconúmeroquesatisfacea)yb). Dem.a)Casox =+ :elconjuntox esnoacotadoyesfácilconstruiruna subsucesión{x nk }de{x n }talquex nk +.Osea,x X Casox númeroreal:dadoε>0,existey ]x ε,x +ε[ X ( porqué?)y luegodichointervalocontieneinfinitostérminosdelasucesión{x n }.Estomuestra quex eslímitedeunasubsucesiónde{x n }yasíx X. Casox = :X={ }ynoexistelímitesubsecuencial paralasucesión. Luego, dado M R, x n > M sólo para un número finito de términos y luego x n. b)seax>x.sisesuponequex n xparainfinitostérminos,entoncesexiste y X cony x>x.contradicción. c) Queda de ejercicio. Ejercicio 1 Con respecto a los conceptos de límite superior y límite inferior, pruebe: a)paraunasucesión{x n } límx n =x límínfx n =límsupx n =x b)six n y n, n N 0,entonces límínfx n límínfy n límsupx n límsupy n Los siguientes son ejercicios donde se establecen los límites de algunas sucesiones importantes de números reales. Todas estas demostraciones deben ser entendidas.

6 1 1. Sip>0,entonces lím =0. n p Dadoε>0,bastatomarN >(1/ε) 1/p ysetiene n:n N 1 n p 0 = 1 n < 1 p N <ε p 2. Sip>0,entonces lím n p=1. Paraelcasop>1,tomamosa n = n p 1.Setieneentoncesquea n >0ypor el teorema del binomio 1+na n (1+a n ) n =p así que loquemuestraque 0<a n p 1 n líma n =0yluego lím n p=1 Para el caso p = 1 es trivial y para 0 < p < 1 se le aplica lo anterior al recíproco de p. 3. lím n Seaa n = n n 1.Setieneentoncesquea n >0yporelteoremadelbinomio luego yasí n=(1+a n ) n n(n 1) a 2 n 2 0 a n 2 n 1 (n 2) líma n =0 y lím n n α 4. Sip>0yα R,entonces lím (1+p) n =0. Seelijeunnaturalk>α.Paran>2k,setiene ( ) n (1+p) n > p k = n(n 1)...(n k+1) p k > nk p k k k! 2 k k! luego 0< n α (1+p) n < 2k k! p k nα k

7 yfinalmente,dadoqueα k<0 lím n α k =0 lím n α (1+p) n =0 5. Si x <1,entonces lím x n =0. Bastatomarα=0enlaparteanterior(4). 2. Series En este capítulo sólo se estudiarán series de números reales(observe que también podrían ser números complejos) Informalmente el concepto de serie nos permitirá considerar sumas de infinitos términos y en ciertas condiciones operar con ellas como si fueran sumas ordinarias con una cantidad finita de sumandos. El problema de precisar una definición de este tipo presenta ciertas dificultades como se muestra a continuación: La suma 1+( 1)+1+( 1)+1+( 1)+... puede ser interpretada al menos de dos maneras Porotrapartelasuma (1 1)+(1 1)+(1 1)+...=0 1+( 1+1)+( 1+1)+( 1+1)+...=1 1+1+1+1+1+1+... con infinitos sumandos todos iguales a 1 no puede tener tener un valor finito. Es intuitivamente claro que cualquier número real es sobrepasado por la suma de una cantidad finita de estos términos. Para evitar estas ambiguedades es necesario definir una noción que asigne un número real(valor finito) a una suma de infinitos términos, cuando esto sea posible. Comencemos tomando los infinitos sumandos como los términos de una sucesión denúmerosrealesa 1, a 2, a 3,...,a n,...yveamosdequemaneradefinirlasuma a 1 +a 2 +a 3 +...+a n +...

8 2.1. Definicion de serie y convergencia Definición13 Sea{a n } n 1 unasucesióndenúmerosreales.sedefinelasucesión desumasparciales{s n } n 1 por Es decir, s 1 = a 1 s 2 = a 1 +a 2 s 3 = a 1 +a 2 +a 3... s n = a 1 +a 2 +a 3 +...+a n s n = Elpardesucesiones{a n },{s n }sellama seriedetérminogenerala n ysedenota n k=1 Si la sucesión de sumas parciales {s n } converge al valor S, se dice que la serie es convergente y se escribe a n =S ElnúmeroSsellamasumadelaserie.Si{s n }diverge,sedicequelaseriediverge. A continuación se ilustra, mediante unos sencillos ejemplos, el concepto de convergencia y divergencia de series Seaa n =( 1) n+1.lassumasparcialesdelaserie ( 1)n+1 son: s 1 = 1 a n a k s 2 = 1 1=0 s 3 = 1 1+1=1 s 4 = 1 1+1 1=0 Así, s 2n 1 = 1, s 2n = 0; y la sucesión {s n } es divergente. Luego la serie ( 1)n+1 esdivergente.

9 Seaa n = 1.Vamosaanalizarlassumasparcialesdelaserie n(n+1) a n. Eltérminogeneraldelaseriesedescomponecomoa n = 1 n 1 n+1,ylassumas parciales son: s 1 = 1 1 2 = 1 2 s 2 = (1 1 2 )+(1 2 1 3 )=1 1 3 Luego, lím s n =1y s 3 = (1 1 2 )+(1 2 1 3 )+(1 3 1 4 )=1 1 4... n s n = ( 1 k 1 1 )= 1 k+1 n+1 k=1 a n =1. La serie del ejemplo anterior se denomina telescópica. Debido a la forma de las sumas parciales, se cancelan todos los sumandos salvo el primero y el último. Existen otras series que se pueden tratar de manera similar. Otra serie que puede ser estudiada directamente de la sucesión de sumas parciales eslallamadaseriegeométrica.ensuformamássimplees r n =1+r+r 2 +r 3 +...+r n +... El término general es a n = r n, n 0; donde r es un número real fijo y se llama razón delaserie. Parar=1,lan-ésimasumaparcialess n =n yportantolaserieesdivergente. Parar 1,lan-ésimasumaparcialtienelaforma 1+r+r 2 +r 3 +...+r n 1 = 1 rn 1 r de acuerdo a la fórmula deducida para la suma de n términos de una progresión 1 r geométrica.así,para r <1: líms n = lím n 1 r = 1 1 r.mientrasquepara r 1 ellímitenoexiste.porlotantolaseriegeométricaconvergesiysólosi r <1ysu suma tiene el valor r n = 1 1 r Queda de ejercicio mostrar que, en su forma más general, la serie geométrica ar n, donde a es una constante real y p 0 un entero, converge si y sólo si

10 r <1.Ademásparaestosvaloresder ar n = arp 1 r Veamos algunos ejemplos de series geométricas: Con razón r = 1 2 deducida da ( ) n 1 =2 2 la fórmula Para visualizar cómo las sumas parciales se aproximan del valor 2, se calculan éstas para11,21y26términosresultando 10 20 25 ( 1 2 )n = 2047 1024 =1,99902344 ( 1 2 )n = 2097151 1048576 =1,99999905 Conrazónr= 1 π yp=6seobtienelaserie ( 1 2 )n = 67108863 33554432 =1,99999997 n=6 ( ) n 1 =1,52585677 10 3 π dondeelvalordeladerechaesunaaproximacióndelvalorexactodesusuma( r6 1 r ) 2.2. Criterios de convergencia Teorema14 (CriteriodeCauchy)Sea a n unaserienumérica. ssi dadoε>0existen Ntalque m,n:m n N = m a k <ε k=n a n converge La condición de convergencia del teorema es simplemente la condición de Cauchy delasucesióndesumasparcialesdelaserie. Sienlacondicióndelteoremasetoman=m,resulta Luego se tiene dadoε>0existen Ntalque n:n N = a n <ε

Corolario15 a n converge líma n =0. Teorema16 Paralasseries a n y b n. a) Si existe N 0 con n N 0 : a n b n y b n converge, entonces converge b) Si existe N 0 con n N 0 : 0 a n b n y a n diverge, entonces diverge 11 a n b n Dem.Tarea:Parapartea)usecriteriodeCauchy.Parteb)sededucedea). Cuando se consideran series de términos no negativos, la sucesión de sumas parciales de la serie es una sucesión monótona creciente, luego ella es convergente si y sólo si es acotada(superiormente). Teorema17 Sea {a n } una sucesión decreciente de términos no negativos (a 1 a 2... 0).Setieneentonces: Obs.- a n converge 2 k a 2 k=a 1 +2a 2 +4a 4 +8a 8 +... 2 k a 2 k converge Dem. Consideremos la sucesión de sumas parciales de cada serie paran N:s n =a 1 +a 2 +...+a n parak N:t k =a 1 +2a 2 +...+2 k a 2 k siendo sucesiones crecientes, ellas convergen ssi son acotadas superiormente. Paran<2 k : s n = a 1 +(a 2 +a 3 )+(a 4 +a 5 +a 6 +a 7 )+...+(a 2 k+...+a 2 k+1 1) a 1 +2a 2 +4a 4 +...+2a 2 k=t k lo que muestra una implicación. Paran>2 k : loquemuestralaotra. s n = a 1 +a 2 +(a 3 +a 4 )+...+(a 2 k 1 +1+...+a 2 k) 1 2 a 1+a 2 +2a 4 +...+2 k 1 a 2 k= 1 2 t k

1 Corolario18 Parap R: converge p>1 n p Dem.Parap 0,ladivergenciasiguedelhechoqueeltérminogeneralnotiende acero. Parap>0,seaplicaelteoremaanterior 1 n converge p donde2 1 p <1 p>1 2 k ( 1 2 kp ) = 2 k(1 p) Teorema19 (Criteriodelcuociente)Paralaserie a n a)límsup a n+1 <1 a n = laserieconverge. b)existen 0 talque n N 0 : a n+1 1= laseriediverge. a n c)silímínf a n+1 1 límsup a n+1,elcriterionodainformación. a n a n Dem.a)Seescoger conlímsup a n+1 <r<1y N a n talque n : n N = a n+1 <r Luego, = a n+1 <r a n a N+1 < r a N a n a N+2 < r a N+1 <r 2 a N... a N+n < r n a N yasílaserie a n converge,alestaracotada(desdeeltérminon+1)porunaserie geométrica convergente. b)enestecasoladivergenciasesiguedelhechoquesutérminogeneralnotiende acero. c)sepuedendardosejemplosdeseriesconlím a n+1 =1,siendounadeellas a n convergente y la otra divergente. Teorema20 (Criteriodelaraíz)Paralaserie a n,sear=límsup n a n a)r<1 = laserieconverge. b)r>1= laseriediverge. c)sir=1,elcriterionodainformación. Dem. Tarea. 12

13 2.3. Sumación parcial. Convergencia absoluta Proposición21 Dadas las sucesiones {a n }, {b n } y haciendo A n = n a k para n 0, A 1 =0,setiene: Si0 p q,entonces Dem. q 1 q a n b n = A n (b n b n+1 )+A q b q A p 1 b p q a n b n = q (A n A n 1 )b n = q A n b n q A n 1 b n = q A n b n q 1 1 A n b n+1 = q 1 A n b n q 1 A n b n+1 +A q b q A p 1 b p Teorema22 Sisetiene: a)lasucesióndesumasparcialesa n de a n esacotada, b)lasucesión{b n }esdecrecientey c) lím b n =0 entonces, a n b n converge. Dem. Se aplica criterio de Cauchy: SeaM talque n: A n <M. Seaε>0.ExistenaturalN talqueb N < ε.ahora,delaproposiciónanterior, 2M paraq p N setiene q q 1 a n b n = A n (b n b n+1 )+A q b q A p 1 b p q 1 A n (b n b n+1 ) + A q b q + A p 1 b p q 1 M (b n b n+1 )+b q +b p = 2Mb p 2Mb N <ε Observación 23 Queda de ejercicio deducir de aquí el criterio de Leibnitz para series alternadas. Definición24 Sedicequelaserie a n convergeabsolutamentessi a n converge.

14 En vista de la desigualdad triangular m a k k=n m a k y el criterio de Cauchy es claro que convergencia absoluta implica convergencia. Esto es, k=n Teorema25 a n converge= a n converge 2.4. Algebra de series Teorema 26 Si ca n =ca. Dem. Tarea. a n = A y b n = B, entonces (a n +b n ) = A+B y El teorema establece que dos series convergentes pueden sumarse término a términoylaserieresultanteconvergealasumadelasdosseries.paraelcasodeuna multiplicación de dos series el problema es más complicado. Dadaslaseries a n y b n sedefine n 0: c n = a 0 b n +a 1 b n 1 +...+a n b 0 n = a k b n k Laserie c n sellamaproductodeladosseriesdadas. Teorema27 Sisetiene: a) a n convergeabsolutamente b) a n =A, b n =B yc n = n a k b n k para,1,2,... entonces c n =A B Dem. Denotando las sumas parciales de las series consideradas A n = n a k, B n = y β n = B n B n b k, C n = n c k

15 se puede escribir C n = a 0 b 0 +(a 0 b 1 +a 1 b 0 )+...+(a 0 b n +a 1 b n 1 +...+a n b 0 ) = a 0 B n +a 1 B n 1 +...+a n B 0 = a 0 (B+β n )+a 1 ( B+βn 1 ) +...+an (B+β 0 ) = A n B+a 0 β n +a 1 β n 1 +...+a n β 0 = A n B+γ n. dondeγ n = a 0 β n +a 1 β n 1 +...+a n β 0 Ahora,comolímA n B=AB,bastaprobarquelímγ n =0. Porhipótesis,α= a n converge. Seaε>0.ExistenaturalN talque n:n N = β n <ε yademás γ n β 0 a n +...+β N a n N + βn+1 a n N 1 +...+β n a 0 β 0 a n +...+β N a n N + βn+1 an N 1 +...+ β n a 0 β 0 a n +...+β N a n N +ε α β 0 a n + β 1 a n 1 +...+ β N a n N +ε α Finalmente,considerandoquelaúltimasumatieneN+1términosylím a n =0, tomando lím sup a ambos lados resulta límsup γ n ε α Como el ε positivo es arbitrario se obtiene lo requerido. 2.5. Reordenamientos Dadaunaserie a n podemosconsiderarunabiyecciónϕ:n N, n ϕ(n)=k n,paradarorigenaunreordenamiento a kn delaserieoriginal. El problema a estudiar es cómo se comportan los distintos reordenamientos de una serie, cuando ésta converge. Quedadeejercicioverificarquelaserie ( 1) n+1 1 n =1 1 2 + 1 3 1 +... ysu 4 reordenamiento 1+ 1 3 1 2 +1 5 +1 7 1 4 +1 9 + 1 11 1 6 +... en que a dos términos positivos le sigue un negativo, convergen ambas a límites diferentes.

Definición28 Se dice que la serie a n converge incondicionalmente ssi todo reordenamiento de ella converge. Teorema29 Sea a n una serie no absolutamente convergente y sean α β dosnúmerosrealesextendidos.existeentoncesunreordenamiento a n consumas parcialess n talesque límínfs n=α y límsups n=β Dem.Lahipótesisindicaque a n convergey a n diverge. Sedefinen n: p n = a n +a n, q n = a n a n 2 2 Observeque,paraa n 0:p n =a n yq n =0 ;paraa n <0:p n =0 y q n = a n. Dadoque (p n +q n )= a n y (p n q n )= a n,sesiguequelasdos series pn y qn son divergentes. Sean P 1,P 2,... los términos no negativos de a n en el orden en que aparecen y Q 1,Q 2,... los valores absolutos de los términos negativos de a n también en el ordenqueaparecen.porlotantolaseries Pn y Q n sonambasdivergentes 16 (ellasdifierende p n y qn sóloentérminosnulos). Ahoraseescogensucesionesreales{α n }, {β n }talesqueα n α, β n β,α n <β n yβ 1 >0. ysedefineninductivamentelassucesiones{m n }, {k n }comoseindica: m 1,k 1 sonlosmenoresenterostalesque yluego x 1 = P 1 +...+P m1 >β 1 y 1 = P 1 +...+P m1 Q 1... Q k1 <α 1 m 2,k 2 losmenoresenterostalesque x 1 β 1 P m1 y 1 α 1 Q k1 x 2 = P 1 +...+P m1 Q 1... Q k1 +P m1 +1+...+P m2 >β 2 y 2 = P 1 +...+P m1 Q 1... Q k1 +P m1 +1+...+P m2 Q k1 +1... Q k2 <α 2

17 yluego x 2 β 2 P m2 y 2 α 2 Q k2 Construimosdeestemodoelreordenamientodelaserie a n : P 1 +...+P m1 Q 1... Q k1 +P m1 +1+...+P m2 Q k1 +1... Q k2 +... yseverificaparalasumaparcialx n cuyoúltimotérminoesp mn ylasumaparcial y n cuyoúltimotérminoes Q kn x n β n P mn y n α n Q kn ycomop n 0yQ n 0,resultaquex n β yy n α. Habríaquehacervertambiénqueunnúmeromayorqueβ nopuedeserlímite subsecuencial de las sumas parciales de este rteordenamiento(al igual que un número menor que α). Teorema30 a n convergeincondicionalmentessi a n convergeabsolutamente. Dem. a) Suponga que a n converge absolutamente. y sea a kn un reordenamiento de la serie. Denotandos n ys n sussumasparcialesrespectivas,setiene: Dadoε>0,existenaturalN talque n,m:m n N = m Ahora,escogiendoM talque{1,...,n} {1,...,k M }resulta n:n M = s n s n <ε Estomuestraque a kn convergealmismovalorque a n. n=n a n <ε b) Si la serie converge no absolutamente, el teorema anterior muestra que existe un reordenamiento divergente. Corolario31 Si todos los reordenamientos de a n convergen, ellos convergen hacia la misma suma.