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급수의 수렴과 일반항의 극한

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책을 쌓으면 탑은 끝없이

책 n = 12 권 이번 책이 더 민 길이 = 0.042 권 (→ 0) 탑의 돌출 = 1.55 권

두 권 길이는 31 권, 세 권은 227 권, 네 권은 1674 권에서 넘는다(같은 균형 루프를 2000 권까지 돌려 센 값)

책을 더할 때마다 탑이 더 밀리는 길이는 0 으로 줄어든다. 그런데 균형대로 쌓은 탑은 멈추지 않고 어떤 길이든 넘어선다. 급수가 수렴하면 항은 0 으로 가지만, 항이 0 으로 간다고 급수가 수렴하는 것은 아니다. 반씩만 민 탑과 나란히 보면 그 차이가 보인다.

급수가 어떤 값에 수렴하면 더해지는 항은 반드시 0 으로 줄어들어야 한다. 합이 멈춰 선다는 것은 새로 더해지는 조각이 사라진다는 뜻이기 때문이다. 쓸모가 있는 것은 이 명제의 대우다. 일반항이 0 으로 가지 않으면 급수는 발산한다. 다만 역은 거짓이라 항이 0 으로 가도 급수가 발산할 수 있다.

이 공식, 이렇게 학습하세요

  • 일반항을 이웃한 두 부분합의 차로 쓴다
  • 급수가 수렴하면 일반항의 극한이 0 임을 부분합의 극한으로 보인다
  • 대우로 발산을 판정하고, 역이 성립하지 않는 예를 든다

한 단계씩 유도해 보기

1 Σ (1/2)ⁿ Σ 1/n 항 → 0, 합 → 1 항 → 0, 합 → ∞
계단 한 칸의 높이가 일반항이고 계단의 높이가 부분합이다. 왼쪽은 칸이 줄어들며 1 아래에 멈춘다. 멈춰 서는 계단은 칸이 0 으로 줄 수밖에 없다. 오른쪽도 칸은 0 으로 줄지만 계단은 멈추지 않고 올라간다. 항이 0 으로 가는 것만으로는 수렴한다고 할 수 없다.

급수가 수렴한다는 말은 부분합 Sₙ 이 한 값 S 로 간다는 뜻이다. 여기서 출발한다.

1 / 2 단계· 💎 2단계 더

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외울까, 되살릴까

외우지 않아도 된다

일반항이 부분합 두 개의 차라는 한 줄에서 나온다. 두 부분합이 같은 값으로 가면 그 차는 0 이다.

aₙ = Sₙ − Sₙ₋₁ 을 적고 극한을 씌운다. 쓸 때는 방향을 조심한다. 이 명제는 발산을 판정할 때만 쓴다. 항이 0 으로 가는 것을 보고 수렴한다고 결론 내리면 틀린다. 조화급수 1 + 1/2 + 1/3 + ⋯ 이 늘 반례다.

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4.03-0.432120

Sₙ = 3.60 > a · ln(n + 1) = 3.04 · ln 은 끝없이 커진다

1,1.50,1.83,2.08,2.28,2.45,2.59,2.72, …

항은 0 으로 가는데 부분합은 멈추지 않는다. 지금 20 항까지 더해 3.60 이고, 항을 두 배로 늘릴 때마다 대략 0.693 씩 더 올라간다. 끝이 없으니 발산한다. 항이 0 으로 가는 것만으로는 수렴한다고 말할 수 없다.

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