Факты из математического анализа — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(Теорема о \sum_{n=1}^{\infty})
м (rollbackEdits.php mass rollback)
 
(не показаны 24 промежуточные версии 2 участников)
Строка 2: Строка 2:
  
  
== Оценка ряда <math> f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) </math> с помощью  <math> \int_{1}^{n} f(x) dx </math> для монотонных функций. ==
+
== Оценка ряда <math> f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) </math> с помощью  <math> \int \limits_{1}^{n} f(x) dx </math> для монотонных функций. ==
  
 
{{Утверждение
 
{{Утверждение
|statement= ___
+
|id = th1.
|proof= ___
+
|statement =  
 +
Пусть есть ряд состоящий из значений функций:
 +
<math> f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) </math>, притом <math> f_n </math> либо монотонно возрастают, либо монотонно убывают. Оценим ряд. Если расходится, то с какой скоростью?
 +
|proof =  
 +
Рассмотрим случай, когда ряд из <math> f_n </math> монотонно возрастает.
 +
Оценим ряд сверху: <math> {f(1) + \int \limits_{1}^{n} f(x) dx} \leq {f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n)} \leq {\int \limits_{1}^{n + 1} f(x) dx} </math>
 +
Аналогично оценим ряд снизу.
 +
 
 +
Теперь рассмотрим случай, когда ряд из <math> f_n </math> монотонно убывает.
 +
Оценим ряд снизу: <math> {\int \limits_{1}^{n} f(x) dx + f(n) \leq f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) } </math>.
 +
Аналогично оценим ряд сверху: <math> f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) \leq f(1) + \int \limits_{2}^{n} f(x) dx </math>.
 +
Таким образом <math> \sum \limits_{n \leq x} f (n) = \int \limits_{1}^{x} f(t) dt + O(1) </math>, где <math> O(1) = c + o(1) </math>.
 +
В итоге <math> \sum \limits_{n \leq x} f (n) = \int \limits_{1}^{x} f(t) dt + c + o(1) </math>.
 +
}}
 +
 
 +
== Теорема о <math> \sum \limits_{n \leq x} \ln x = x \ln x - x + O(\ln x) </math> ==
 +
 
 +
Рассмотрим пример, когда <tex> f(x) = \ln x </tex>
 +
 
 +
{{Теорема
 +
|id = th2.
 +
|statement = <math> {\sum \limits_{n \leq x} \ln x = x \ln x - x + O(\ln x)} </math>
 +
|proof= Воспользуемся ранее полученным результатом ([[#th1|оценка ряда из монотонно возрастающих <tex> f_n </tex>]]).
 +
<math> \sum \limits_{n \leq x} \ln (n) \leq \int \limits_{1}^{x + 1} \ln (t) dt = (x + 1) \ln (x + 1) - (x + 1) + 1 = x \ln (x + 1) + \ln (x + 1) - x = x \ln (x) - x + O(\ln (x)) </math> - оценка сверху.
 +
Также оценим снизу: <math> f(1) + \int \limits_{1}^{n} \ln (x) dx = x \ln(x) - x </math> - оценка снизу.
 +
В итоге получаем то, что требовалось получить: <math> \sum \limits_{n \leq x} \ln x = x \ln x - x + O(\ln x) </math>
 
}}
 
}}
  
 +
== Теорема о <tex> \sum \limits_{n \leq x} \frac{1}{n \ln n} = \ln \ln x + c + o(1) </tex> ==
 +
 +
== Формула Тейлора ==
  
== Теорема о <tex> \sum_{n=1}^{\infty} </tex> ==
+
== Теорема о <tex> \frac{1}{\ln (n+1)} = \frac{1}{\ln n} - \frac{1}{n \ln^2 n} + O(\frac{1}{n^2}) </tex> ==

Текущая версия на 11:44, 1 сентября 2022

Эта статья находится в разработке!


Оценка ряда [math] f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) [/math] с помощью [math] \int \limits_{1}^{n} f(x) dx [/math] для монотонных функций.

Утверждение:
Пусть есть ряд состоящий из значений функций: [math] f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) [/math], притом [math] f_n [/math] либо монотонно возрастают, либо монотонно убывают. Оценим ряд. Если расходится, то с какой скоростью?
[math]\triangleright[/math]

Рассмотрим случай, когда ряд из [math] f_n [/math] монотонно возрастает. Оценим ряд сверху: [math] {f(1) + \int \limits_{1}^{n} f(x) dx} \leq {f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n)} \leq {\int \limits_{1}^{n + 1} f(x) dx} [/math] Аналогично оценим ряд снизу.

Теперь рассмотрим случай, когда ряд из [math] f_n [/math] монотонно убывает. Оценим ряд снизу: [math] {\int \limits_{1}^{n} f(x) dx + f(n) \leq f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) } [/math]. Аналогично оценим ряд сверху: [math] f (1) + f (2) + f (3) + ... + f (n) \leq f(1) + \int \limits_{2}^{n} f(x) dx [/math]. Таким образом [math] \sum \limits_{n \leq x} f (n) = \int \limits_{1}^{x} f(t) dt + O(1) [/math], где [math] O(1) = c + o(1) [/math].

В итоге [math] \sum \limits_{n \leq x} f (n) = \int \limits_{1}^{x} f(t) dt + c + o(1) [/math].
[math]\triangleleft[/math]

Теорема о [math] \sum \limits_{n \leq x} \ln x = x \ln x - x + O(\ln x) [/math]

Рассмотрим пример, когда [math] f(x) = \ln x [/math]

Теорема:
[math] {\sum \limits_{n \leq x} \ln x = x \ln x - x + O(\ln x)} [/math]
Доказательство:
[math]\triangleright[/math]

Воспользуемся ранее полученным результатом (оценка ряда из монотонно возрастающих [math] f_n [/math]). [math] \sum \limits_{n \leq x} \ln (n) \leq \int \limits_{1}^{x + 1} \ln (t) dt = (x + 1) \ln (x + 1) - (x + 1) + 1 = x \ln (x + 1) + \ln (x + 1) - x = x \ln (x) - x + O(\ln (x)) [/math] - оценка сверху. Также оценим снизу: [math] f(1) + \int \limits_{1}^{n} \ln (x) dx = x \ln(x) - x [/math] - оценка снизу.

В итоге получаем то, что требовалось получить: [math] \sum \limits_{n \leq x} \ln x = x \ln x - x + O(\ln x) [/math]
[math]\triangleleft[/math]

Теорема о [math] \sum \limits_{n \leq x} \frac{1}{n \ln n} = \ln \ln x + c + o(1) [/math]

Формула Тейлора

Теорема о [math] \frac{1}{\ln (n+1)} = \frac{1}{\ln n} - \frac{1}{n \ln^2 n} + O(\frac{1}{n^2}) [/math]