Na questão está dizendo, "Determine o Intervalo de Convergência da série de potência ∑ ((ln n)/n³).x^n"
Obs: A somatória vai de n=2 até +∞
Pode ser aplicado o teste da razão:
Seja: \(\sum _{n=2}^{\infty }\:\frac{lnn}{n^3}.x^n\)
Temos:
\(\left|\frac{a_{n+1}}{a_n}\right|=\left|\frac{\frac{\ln \left(\left(n+1\right)\right)}{\left(n+1\right)^3}x^{\left(n+1\right)}}{\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}x^n}\right|\)
\(\lim _{n\to \infty \:}\left(\left|\frac{\frac{\ln \left(\left(n+1\right)\right)}{\left(n+1\right)^3}x^{\left(n+1\right)}}{\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}x^n}\right|\right)\)
Vamos simplificar sabendo que \(x^{n+1}= x^n . x\) e que invertemos a fração que está dividindo:
\(\lim _{n\to \infty \:}\left(\left|\frac{\frac{\ln \left(\left(n+1\right)\right)}{\left(n+1\right)^3}x^{\left(n+1\right)}}{\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}x^n}\right|\right)=\lim _{n\to \infty \:}\left(\left|\frac{n^3x\ln \left(n+1\right)}{\ln \left(n\right)\left(n+1\right)^3}\right|\right)\)
\(\left|x\right|\cdot \lim \:_{n\to \infty \:}\left(\left|\frac{n^3\ln \left(n+1\right)}{\ln \left(n\right)\left(n+1\right)^3}\right|\right)\)
\(\lim _{n\to \infty \:}\left(\left|\frac{n^3\ln \left(n+1\right)}{\ln \left(n\right)\left(n+1\right)^3}\right|\right)=1\)
\(\left|x\right|\cdot \:1=\left|x\right|\)
Para convergir
\(\left|x\right|<1\)
\(x<1\quad \quad \mathrm{e}\quad \:\quad \:x>-1\)
Para saber se x converge nesses extremos, precisamos substituir \(x=1\) e verificar a convergência; depois substituir \(x=-1\) e verificar a convergência.
Para \(x=1\):
\(\sum _{n=2}^{\infty \:}\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}\cdot \:1^n=\sum _{n=2}^{\infty \:}\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}\)
Podemos aplicar o teste da integral:
\(\int \frac{\ln \left(n\right)}{n^3}dn\)
Integral por partes:
\(\ln \left(n\right)\left(-\frac{1}{2n^2}\right)-\int \frac{1}{n}\left(-\frac{1}{2n^2}\right)dn\)
\(-\frac{\ln \left(n\right)}{2n^2}-\int \:-\frac{1}{2n^3}dn\)
Logo:
\(\int _2^{\infty \:}\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}dn=\frac{1}{16}+\frac{\ln \left(2\right)}{8}\) .Portanto, converge para \(x=1\).
Para \(x=-1\):
\(\sum _{n=2}^{\infty \:}\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}\left(-1\right)^n\)
pelo teste da série alternada:
\(a_n=\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}\)
\(a_n\) é positiva e decrescente e:
\(\lim _{n\to \infty \:}\left(\frac{\ln \left(n\right)}{n^3}\right)=0\)
Portanto converge em \(x=-1\)
Assim, o intervalo de convergência é : \(\boxed{-1\le \:x\le \:1}\)
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