1} je shora omezená a tudíž existuje limH-^+oo s„ < +oo. Naopak, konverguje-li řada f(n)> vzhledem k (8.18)
musí rovněž konvergovat integrál f^~°° f (x) dx. □
důsledek 8.29. Zobecněná harmonická řada
(8.20)
oo 1
e-
n = \
konverguje právě při a > 1.
Důkaz. Stačí použít větu 8.28 s f(x) = x~a. Integrál x~a dx konverguje právě v případe, když a > 1. □
Zobecněné harmonické řady z důsledku 8.29 lze často využít jako vzoru při srovnání s jinými řadami.
Příklad 8.30. Platí:
(1) řada J27=i 2^-n-3 konverguje;
(2) řada J27=i jrl/Ž diverguje.
Vysvětlení. Stačí tyto řady srovnat s zobecněnou harmonickou řadou (8.20). Jelikož 2n3 — n — 3 ~ 2n3 při n —► +oo, chová se an = 2n3"n_3 v +oo stejně jako j^j = ^ = bn, přičemž dle důsledku 8.29 YlT=i ^ < +°°- Pak limrc^+oo f0- = 1 a lze použít větu 8.18.3
Pro Y^L-t —wr je —h= : - = —► 1, n —► +oo. Stačí tedy použít srovnávací větu 8.18 a
divergenci harmonické řady Y^=\ \- ^
Poznamenejme, že odmocninové a podílové kriteria ve své podstatě srovnávají danou řadu s nejjednodušší řadou geometrickou, jež konverguje (nebo diverguje) rychle. Existuje rovněž řada dalších podmínek konvergence jemnějšího charakteru, jejich důkaz a využití jsou ovšem složitější.
Poznamenejme, že využití srovnávací věty 8.16 by zde bylo méně pohodlné a více závislé na charakteru výrazu v součtu; např. při n > 3 lze napsat odhady
n n n 1 1 1
<
2«3 — n — 3 2«3 — n — n 2«3 — 2« 2(n2 — 2) 2(n2 — n) 2n(n — \)
8
§ 8.4. Řady členů proměnného znaménka
Vyšetřování konvergence řad Yľrľ=i an> kde znaménko hodnoty a„ není stálé, je mnohem složitější. My se omezíme jen jednoduššími tvrzeními.
§ 8.4.1. Některé obecné věty
VĚTA 8.31. Pro konvergenci řady Yľrv= i a" Je nutné a zároveň postačující, aby k libovolně malému s > 0 existovalo NE takové, že pro libovolné m > 1
l^rc + l + Cln + \ + " " " + Cln+m\ < (8.21)
jakmile je n > NE.
Důkaz. Podle známé věty je existence limity posloupnosti částečných součtů s„ = Ylk=i ak> n = 1,2,..., ekvivalentní s Bolzano-Cauchyovou podmínkou:" ke každému malému s > 0 se najde NE takové, že pro všechna n > NE, m > NE je \sn — sm\ < s. Vezmeme-li m > NE ve tvaru m = n + m', kde m' > 1, dostaneme nerovnost (8.21). □
VĚTA 8.32. Konverguje-li řada YlT=i \a"I' P3^konverguje i X!^=i a«-
Důkaz. Jestliže konverguje řada X^Li \an\, pak je pro ní splněná podmínka věty 8.32, přičemž místo nerovnice (8.21) je
|«rc+i| + + ••• + \an+m\ < s.
Avšak + an+i + ■ ■ ■ + an+m\ < l^rc+i I + l^rc+i ! + ■■■ + \an+m \ a tudíž je podmínka věty 8.32
splněna i pro Y1T= ian- ^
V souvislosti s větou 8.32 přirozeně vzniká pojem absolutní konvergence řady. Definice 8.33. Rada Y^n=\an konverguje absolutně,jestliže konverguje Y^n=\ la«l
Jelikož je v Y^=\ \an I vždy \a„ \ > 0, lze absolutní konvergenci vyšetřovat s pomocí vět o konvergenci řad s kladnými členy.
Definice 8.34. Přerovnáním řady Yl^Li an rozumějme řadu tvaru Yl^Li a4>(n)^ kde (n) rovněž absolutně konvergentní a platí
oo oo
an = ^ a4>(n)-n=\ n=\
§ 8.4.2. Rady alternující
Důležitým speciálním případem obecné řady Y^=\ an je řada alternující
Co — C\ + C2 — ■ ■ ■,
"Číselná posloupnost {xn : n > 1} splňuje Bolzano-Cauchyovu podmínku, jestliže ke každému libovolně malému kladnému e lze najít Ne takové, že pro všechna n,m > Ne platí \xn — xm\ < s.
9
kde c0, Ci, c2, ... jsou kladná čísla.
VĚTA 8.36 (Leibnizovo kriterium). Alternující řada J]^=0(—l)"c„, kde c0, Ci, c2, ... je klesající posloupnost kladných čišel s lim„^oo c„ = 0, konverguje.
P Ř í KL A D 8.37. Řady X!ľ^=i ^V-' konvergují, přičemž druhá z nich kon-
verguje absolutně.
Vysvětlení. Jelikož je : n > 1} klesající posloupností s limitou rovnou 0, lze využít věty 8.36. Táto řada konverguje neabsolutně, neboť harmonická řada Yľrľ=i n diverguje.
V případě YlT=i ^~nl/Ti ^ac^a z absolutních hodnot členů má tvar YlT=i = YlT=i ~~T a tudíž konverguje podle důsledku 8.29. □
10