Të provohet se seria harmonike alternative ∑ₙ₌₁^∞ (−1)ⁿ⁺¹/n
konvergjon, por jo absolutisht. Gjithashtu, të jepet teorema mbi lidhjen ndërmjet konvergjencës absolute dhe konvergjencës së zakonshme.
Zgjidhja
Hapi 1. Provimi i konvergjencës së serisë harmonike alternative
Shqyrtojmë serinë ∑ₙ₌₁^∞ (−1)ⁿ⁺¹/n = 1 − 1/2 + 1/3 − 1/4 + ⋯
Për të provuar konvergjencën, zbatojmë kriterin për seritë alternative.
Termi i përgjithshëm në vlerë absolute është aₙ = 1/n.
Kontrollojmë kushtet e kriterit:
1. Termat janë pozitivë: aₙ = 1/n > 0.
2. Vargu është zbritës: 1/(n + 1) < 1/n.
3. Limiti i termit të përgjithshëm është zero limₙ→∞ 1/n = 0.
Meqenëse plotësohen të gjitha kushtet e kriterit për seritë alternative, seria e dhënë konvergjon.
Hapi 2. Provimi se seria nuk konvergjon absolutisht
Për të studiuar konvergjencën absolute, marrim vlerat absolute të termave të serisë:
∑ₙ₌₁^∞ |(−1)ⁿ⁺¹/n| = ∑ₙ₌₁^∞ 1/n.
Seria e përftuar është seria harmonike, e cila është p-seri me p = 1.
Dihet se p-seria ∑ₙ₌₁^∞ 1/n divergon, sepse konvergjenca e p-serisë kërkon p > 1.
Prandaj, seria harmonike alternative nuk konvergjon absolutisht.
Sipas përkufizimit, një seri ∑aₙ konvergjon në mënyrë të kushtëzuar nëse konvergjon, por nuk konvergjon absolutisht.
Hapi 3. Teorema mbi lidhjen ndërmjet konvergjencës absolute dhe asaj të zakonshme
Teorema:
Nëse seria ∑aₙ konvergjon absolutisht, atëherë ajo konvergjon edhe në kuptimin e zakonshëm.
Pra, nëse seria ∑ₙ₌₁^∞ |aₙ| konvergjon, atëherë konvergjon edhe seria ∑ₙ₌₁^∞ aₙ.
Hapi 4. Vërtetimi i teoremës
Shkruajmë termin e përgjithshëm në formën aₙ = (|aₙ| + aₙ) − |aₙ|.
Nga kushti i konvergjencës absolute kemi se seria ∑|aₙ| konvergjon.
Gjithashtu, për çdo n vlen mosbarazimi 0 ≤ |aₙ| + aₙ ≤ 2|aₙ|.
Sipas kriterit bazë të krahasimit, meqenëse seria ∑2|aₙ| konvergjon, edhe seria ∑ₙ₌₁^∞ (|aₙ| + aₙ) konvergjon.
Nga barazimi aₙ = (|aₙ| + aₙ) − |aₙ|
rrjedh se seria ∑aₙ është diferenca e dy serive konvergjente. Prandaj, edhe seria ∑aₙ konvergjon.
Kështu vërtetohet teorema.
Seria harmonike alternative ∑ₙ₌₁^∞ (−1)ⁿ⁺¹/n konvergjon, por jo absolutisht.
Prandaj, ajo është konvergjente në mënyrë të kushtëzuar.
Gjithashtu, çdo seri që konvergjon absolutisht konvergjon edhe në kuptimin e zakonshëm, por e kundërta nuk është gjithmonë e vërtetë.