40
Yots 2301108 Calculus II วิศวะ 1.1 อุปนัยเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Induction) 1 1 ลำดับและอนุกรมอนันตของจำนวนจริง 1.1 อุปนัยเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Induction) อุปนัยเชิงคณิตศาสตรแบบที่๑ สำหรับจำนวนนับ n ให P (n) แทนขอความที่เกี่ยวของกับ n ซึ่งมีสมบัติดังตอไปนี้ ถา 1. P (1) เปนจริง และ 2. สำหรับจำนวนนับ k ใดๆ ถา P (k) เปนจริง แลว P (k + 1) เปนจริง แลว P (n) เปนจริง ทุกจำนวนนับ n ตัวอยาง 1.1.1 จงพิสูจนวา 1+3+5+ ··· + (2n 1) = n 2 ทุกจำนวนนับ n เอกสารโดย รองศาสตราจารย ดร. ยศนันต มีมาก

วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.1 อุปนัยเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Induction) 1

1 ลำดับและอนุกรมอนันตของจำนวนจริง1.1 อุปนัยเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Induction)

อุปนัยเชิงคณิตศาสตรแบบที่ ๑สำหรับจำนวนนับ n ให P (n) แทนขอความที่เกี่ยวของกับ n ซึ่งมีสมบัติดังตอไปนี้ ถา

1. P (1) เปนจริง และ

2. สำหรับจำนวนนับ k ใดๆ ถา P (k) เปนจริง แลว P (k + 1) เปนจริง

แลว P (n) เปนจริง ทุกจำนวนนับ n

ตัวอยาง 1.1.1 จงพิสูจนวา 1 + 3 + 5 + · · ·+ (2n− 1) = n2 ทุกจำนวนนับ n

เอกสารโดย รองศาสตราจารย ดร. ยศนันต มีมาก

Page 2: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.1 อุปนัยเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Induction) 2

ตัวอยาง 1.1.2 จงพิสูจนวา1

1 · 2+

1

2 · 3+ · · ·+ 1

(n− 1)n=

n− 1

n

ทุกจำนวนนับ n

*ดาวนโหลดเอกสารทั้งหมดไดที่http://pioneer.netserv.chula.ac.th/∼myotsana/

Page 3: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.1 อุปนัยเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Induction) 3

ตัวอยาง 1.1.3 จงพิสูจนวา dn

dxn(xex) = (x+ n)ex ทุกจำนวนนับ n

Page 4: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.1 อุปนัยเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Induction) 4

เราอาจเปลี่ยนจุดเริ่มตนจาก P (1) เปนจริง เปน P (m) เปนจริง เมื่อ m เปนจำนวนนับ และใชสรุป“P (n) เปนจริง ทุกจำนวนนับ n ≥ m”

อุปนัยเชิงคณิตศาสตรแบบที่ ๒ให m เปนจำนวนนับและ สำหรับจำนวนนับ n ≥ m ให P (n) แทนขอความที่เกี่ยวของกับ n ซึ่งมีสมบัติดังตอไปนี้ ถา

1. P (m) เปนจริง และ

2. สำหรับจำนวนนับ k ใดๆ ที่ k ≥ m ถา P (k) เปนจริง แลว P (k + 1) เปนจริง

แลว P (n) เปนจริง ทุกจำนวนนับ n ≥ m

ตัวอยาง 1.1.4 จงพิสูจนวาn! > 2n

ทุกจำนวนนับ n ≥ 4

ทำแบบฝกหัด 1.1 ในหนังสือแคลคูลัส ๒

Page 5: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 5

1.2 ลำดับอนันตลำดับ (sequence) ของจำนวนจริง คือฟงกชันที่มีโดเมนเปน {1, 2, 3, . . . } และมีคาเปนจำนวนจริงตัวอยางของลำดับ

1. f(n) = n2 ดังนั้น f(1) = 1, f(2) = 4, f(3) = 9, . . .

โดยทั่วไปเราเขียน an = n2 และเรียกวา พจนที่ n หรือ พจนทั่วไปของลำดับ

2. an =n

n+ 1ไดวา a1 =

1

2, a2 = 2

3, a3 = 3

4, …

เราเขียนแทนลำดับ {a1, a2, a3, . . . } ดวย {an} หรือ {an}∞1 เชน

• {n2} แทนลำดับ {1, 4, 9, 16, . . . }

•{(−3)n

n!

}แทนลำดับ

{−3,

9

2,−9

2,27

8, . . .

}

เรากลาววาลำดับ {an} ลูเขา (converge) ก็ตอเมื่อ มีจำนวนจริง L ซึ่ง limn→∞

an = L

และลำดับ {an} ลูออก (diverge) ก็ตอเมื่อ {an} ไมเปนลำดับลูเขา

ทฤษฎีบท 1.2.1 เราไดวา

1. ถา t เปนจำนวนจริงบวก แลว limn→∞

1

nt= 0 และ lim

n→∞nt = ∞

2. limn→∞

rn = 0 เมื่อ |r| < 1, limn→∞

rn = ∞ เมื่อ r > 1 และ limn→∞

rn ไมมีคา เมื่อ r ≤ −1

Page 6: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 6

เราอาจใชคุณสมบัติของลิมิตชวยในการตรวจสอบการลูเขาของลำดับ กลาวคือ

ทฤษฎีบท 1.2.2 ให limn→∞

an = L, limn→∞

bn = M และ k เปนจำนวนจริง จะไดวา

1. limn→∞

k = k และ limn→∞

kan = k(limn→∞

an

)= kL

2. limn→∞

(an ± bn) =(limn→∞

an

)±(limn→∞

bn

)= L±M

3. limn→∞

(anbn) =(limn→∞

an

)(limn→∞

bn

)= LM

4. limn→∞

anbn

=limn→∞

an

limn→∞

bn=

L

M

5. limn→∞

m√an = m

√limn→∞

an =m√L

6. ถา f เปนฟงกชันตอเนื่อง แลว limn→∞

f(an) = f(limn→∞

an

)= f(L)

ทฤษฎีบท 1.2.3 [Squeeze Theorem] ให {an}, {bn} และ {cn} เปนลำดับของจำนวนจริงโดยที่มีจำนวนนับ m ซึ่ง

an ≤ cn ≤ bn ทุก n ≥ m และ limn→∞

an = limn→∞

bn = L ∈ R

จะไดวา limn→∞

cn = L

ตัวอยาง 1.2.1 จงพิจารณาวา ลำดับตอไปนี้ลูเขาหรือลูออก

1.{

n

2n− 1

}

2.{n+ 3

√n3 + 4√

16n2 − 5

}

Page 7: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 7

3. {ln(2n)− ln(n+ 1)}

4. {√n2 − n+ 5− n}

Page 8: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 8

5.{3n + en

πn − 2

}

6.{sinn cosn

4√n

}

Page 9: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 9

7.{n!

nn

}

8.{(

n

n+ 1

)2n}

Page 10: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 10

9.{(

cos2 n

3

)n}

10.{n!

2n

}และ

{2n

n!

}

Page 11: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 11

ให {nk} เปนลำดับของจำนวนนับ ซึ่ง n1 < n2 < n3 < . . .

สำหรับลำดับ {an} ใดๆ ถา bk = ankทุกคา k = 1, 2, 3, . . . นั่นคือ {bk} เปนลำดับที่มีพจนที่ k เปน

พจนที่ nk ของลำดับ {an} เราเรียก {bk} วาลำดับยอย (subsequence) ของ {an} ซึ่งเรามี

ทฤษฎีบท 1.2.4 ถาลำดับ {an} ลูเขาและมีลิมิตเปน L แลวทุกลำดับยอยของ {an} จะมีลิมิตเปน L ดวย

ดังนั้น จึงไดวา

1. ถาลำดับ {an} มีลำดับยอยที่ลูออก แลว {an} เปนลำดับลูออก

2. ถาลำดับ {an} มีลำดับยอยสองลำดับซึ่งมีลิมิตตางกัน แลว {an} เปนลำดับลูออก

ตัวอยาง 1.2.2 จงแสดงวา {(−1)n} เปนลำดับลูออก

ตัวอยาง 1.2.3 จงพิจารณาวาลำดับ an =

n−

√n+ 2

nเมื่อ n เปนจำนวนคี่

sinn

nเมื่อ n เปนจำนวนคู

เปนลำดับลูเขาหรือลูออก

Page 12: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 12

ตัวอยาง 1.2.4 จงพิจารณาวาลำดับตอไปนี้ลูเขา หรือ ลูออก{(−1)n2n

2n+ 1

},

{(−1)n

2n+ 1

},

{(−1)nn

2n+ 1

}

สังเกตวา

{(−1)nan} ลูเขาและมีลิมิตเปน 0 ก็ตอเมื่อ limn→∞

an = 0

Page 13: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 13

ตัวอยาง 1.2.5 จงพิจารณาวาลำดับตอไปนี้ลูเขาหรือลูออก

1. {(−1)n arctann}

2.{(−1)n sinn

n

}

Page 14: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 14

ให {an} เปนลำดับของจำนวนจริง เรากลาววา

1. {an} มีขอบเขต ก็ตอเมื่อ มีจำนวนจริงบวก M ซึ่ง |an| ≤ M ทุก n ∈ N

2. {an} เปนลำดับเพิ่ม ก็ตอเมื่อ an < an+1 ทุก n ∈ N

3. {an} เปนลำดับลด ก็ตอเมื่อ an > an+1 ทุก n ∈ N

4. {an} เปนลำดับไมลด ก็ตอเมื่อ an ≤ an+1 ทุก n ∈ N

5. {an} เปนลำดับไมเพิ่ม ก็ตอเมื่อ an ≥ an+1 ทุก n ∈ N

6. {an} เปนลำดับทางเดียว (monotone sequence) ก็ตอเมื่อ{an} เปนลำดับไมลดหรือลำดับไมเพิ่ม

ตัวอยาง 1.2.6 จงพิจารณาวาลำดับตอไปนี้เปนลำดับที่มีขอบเขต หรือ เปนลำดับทางเดียวหรือไม

1.{

1

n2

}

2. {√n!}

3.{cos

π

2n

}

Page 15: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.2 ลำดับอนันต 15

ทฤษฎีบท 1.2.5 1. ถา {an} เปนลำดับที่ลูเขาแลว {an} จะมีขอบเขต

2. ลำดับที่มีขอบเขตอาจเปนลำดับลูออกเชน{(−1)nn

n+ 1

}3. ถา {an} เปนลำดับทางเดียวที่มีขอบเขต แลว {an} เปนลำดับลูเขา

ตัวอยาง 1.2.7 จงแสดงวา ลำดับ{en

n!

}ลูเขา

เราอาจสรุปวิธีตางๆ ที่ใชตรวจสอบการลูเขาและหาลิมิตของลำดับอนันต (ถาม)ี ดังนี้

1. จัดรูปแลวใชทฤษฎีบท 1.2.1 และ 1.2.2

2. ใชกฎของโลปตาล

3. ใชทฤษฎีบท 1.2.3 (Squeeze Theorem)

4. ใชลำดับยอยเพื่อแสดงวาลำดับนั้นลูออก

5. ใชขอสังเกต “{(−1)nan} ลูเขาและมีลิมิตเปน 0 ก็ตอเมื่อ limn→∞

an = 0”

6. ตรวจสอบวาเปนลำดับทางเดียวที่มีขอบเขตหรือไม

ทำแบบฝกหัด 1.2 ในหนังสือแคลคูลัส ๒

Page 16: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 16

1.3 อนุกรมอนันตให {an} เปนลำดับของจำนวนจริงและ

s1 = a1

s2 = a1 + a2

s3 = a1 + a2 + a3...

sn = a1 + a2 + a3 + · · ·+ an =n∑

i=1

ai

...

เราเรียก {sn} วาลำดับของผลบวกยอย (sequence of partial sum) ของ {an}ถาลำดับ {sn} ลูเขาและ lim

n→∞sn = s แลว

a1 + a2 + a3 + · · · = s หรือ∞∑i=1

ai = s

และเรียกอนุกรม∞∑i=1

ai วาอนุกรมลูเขา และให s เปนผลบวกของอนุกรมนี้

แตถาลำดับ {sn} ลูออก จะกลาววาอนุกรม∞∑i=1

ai เปนอนุกรมลูออก

ขอสังเกต 1. ถา∞∑i=1

ai ลูเขา แลว∞∑i=1

ai = limn→∞

(n∑

i=1

ai

)= lim

n→∞sn

2.∞∑i=1

ai ̸= limn→∞

an

3. ถา∞∑n=1

an และ∞∑n=1

bn ลูเขา แลว

∞∑n=1

(an ± bn) =∞∑n=1

an +∞∑n=1

bn และ∞∑n=1

can = c

∞∑n=1

an เมื่อ c เปนคาคงตัว

Page 17: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 17

ตัวอยาง 1.3.1 [Telescoping series] จงพิจารณาวาอนุกรมตอไปนี้ลูเขาหรือลูออก ถาอนุกรมลูเขาใหหาผลบวกของอนุกรมดวย

1.∞∑n=1

1

(2n− 1)(2n+ 1)=

1

3+

1

15+

1

35+ · · ·

2.∞∑n=1

ln

(n

n+ 1

)

Page 18: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 18

3.∞∑n=1

(arcsec(n+ 2)− arcsec(n+ 1)

)

อนุกรมเรขาคณิต (geometric series) คืออนุกรมที่เขียนไดในรูป

a+ ar + ar2 + · · ·+ arn−1 + · · · =∞∑n=1

arn−1

เมื่อ a และ r เปนจำนวนจริง

ทฤษฎีบท 1.3.1 สำหรับอนุกรมเรขาคณิต a+ ar + ar2 + · · ·+ arn−1 + · · · เราไดวา

1. sn = a+ ar + ar2 + · · ·+ arn−1 =a(1− rn)

1− r

2.∞∑n=1

arn−1 =

a

1− rเมื่อ |r| < 1

ลูออก เมื่อ |r| ≥ 1

Page 19: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 19

ตัวอยาง 1.3.2 จงหาผลบวก

1. 7− 35

9+

175

81− 875

729+ · · ·

2.∞∑n=0

22n+1(−1)n+1

5n

ตัวอยาง 1.3.3 ถาผลบวกยอยถึงพจนที่ n ของอนุกรม∞∑n=1

an มีคาเปน sn =n− 1

n+ 1

จงหา an และ∞∑n=1

an

Page 20: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 20

สังเกตวา an = sn − sn−1 ทุก n > 1

ดังนั้น ถา∞∑n=1

an ลูเขา นั่นคือ limn→∞

sn = s แลว

limn→∞

an = limn→∞

sn − sn−1 = s− s = 0

ทฤษฎีบท 1.3.2 [Test for Divergence] ถา∞∑n=1

an ลูเขา แลว limn→∞

an = 0

เพราะฉะนั้น หาก limn→∞

an ไมมีคา หรือ limn→∞

an ̸= 0 เราจึงสรุปไดวา∞∑n=1

an ตองลูออก

ตัวอยาง 1.3.4 ถา∞∑n=1

an ลูเขา จงหาคาของ limn→∞

arctan(ean)

ตัวอยาง 1.3.5 จงแสดงวา Harmonic series∞∑n=1

1

nเปนอนุกรมที่ลูออก

หมายเหตุ สังเกตวา limn→∞

1

n= 0 แต

∞∑n=1

1

nลูออก

ดังนั้น ถาเรามี limn→∞

an = 0 เราไมสามารถสรุปไดวา∞∑n=1

an ลูเขา

Page 21: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 21

ตัวอยาง 1.3.6 จงแสดงวาอนุกรมตอไปนี้ลูออก

1.∞∑n=1

5n2

n2 + 4

2.∑n=1

cos

(2

n

)

ทฤษฎีบท 1.3.3 ให∞∑n=1

an และ∞∑n=1

bn เปนอนุกรมที่ลูเขา จะไดวา

∞∑n=1

(αan + βbn) = α∞∑n=1

an + β∞∑n=1

bn

เปนอนุกรมที่ลูเขา

ขอสังเกต 1. ถา∞∑n=1

an ลูออก แลว∞∑n=1

can ลูออก เมื่อ c ̸= 0

2. ถา∞∑n=1

an ลูเขา และ∞∑n=1

bn ลูออก แลว∞∑n=1

(an + bn) ลูออก

3. ถา∞∑n=1

an และ∞∑n=1

bn ลูออก แลว∞∑n=1

(an + bn) อาจจะลูเขา หรือ ลูออก

เชน∞∑i=1

1

nและ

∞∑i=1

− 1

nตางลูออก แต

∞∑i=1

(1

n+(− 1

n

))=

∞∑i=1

0 = 0 ลูเขา

Page 22: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 22

ตัวอยาง 1.3.7 จงพิจารณาวาอนุกรมตอไปนี้ลู เขาหรือลูออก ถาอนุกรมลู เขาใหหาผลบวกของอนุกรมดวย

1.∞∑n=1

(e−n +

1

n

)

2.∞∑n=1

((−2

5

)n+

n

(n+ 1)!

)

Page 23: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.3 อนุกรมอนันต 23

3.∞∑n=2

ln

(1− 1

n2

)

ทำแบบฝกหัด 1.4.1 ในหนังสือแคลคูลัส ๒

Page 24: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.4 การทดสอบแบบปริพันธ 24

1.4 การทดสอบแบบปริพันธสมมติวา f เปนฟงกชันตอเนื่อง มีคาเปนบวก และไมเพิ่มบนชวง [1,∞) และให an = f(n) ทุกจำนวนนับ n พิจารณา

จะไดวา∞∑n=2

an ≤∫ ∞

1

f(x) dx ≤∞∑n=1

an

ดังนั้น

1.∫ ∞

1

f(x) dx ลูเขา ⇒∞∑n=2

an ลูเขา

2.∫ ∞

1

f(x) dx ลูออก ⇒∞∑n=1

an ลูออก

นั่นคือ ∫ ∞

1

f(x) dx ลูเขา ⇔∞∑n=1

an ลูเขา

เรียกการทดสอบนี้วาการทดสอบแบบปริพันธ (Integral Test)

ซึ่งการทดสอบนี้ใชไดเฉพาะอนุกรม∞∑n=1

an ที่ an ≥ 0, an มีคาลดลงเรื่อยๆ

และ an อยูในรูปของฟงกชันที่สามารถหาปริพันธได

Page 25: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.4 การทดสอบแบบปริพันธ 25

ตัวอยาง 1.4.1 จงทดสอบวาอนุกรมตอไปนี้ลูเขา หรือลูออก

1.∞∑n=1

1

n2 + 1

2.∞∑n=1

ln(√n)

n

Page 26: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.4 การทดสอบแบบปริพันธ 26

3.∞∑n=2

1

n lnn

เราสามารถใชการทดสอบแบบปริพันธตรวจสอบการลูเขาของอนุกรมในรูป∞∑n=1

1

np

ซึ่งเรียกวาอนุกรมพี (p-series) โดยเราไดวา

∞∑n=1

1

np=

ลูเขา เมื่อ p > 1,ลูออก เมื่อ p ≤ 1

ทำแบบฝกหัด 1.4.2 ในหนังสือแคลคูลัส ๒

Page 27: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.5 การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบ 27

1.5 การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบการทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบ (Comparison Test)

ให∞∑n=1

an และ∞∑n=1

bn เปนอนุกรมของจำนวนจริง

สมมติวามีจำนวนนับ n0 ซึ่ง 0 ≤ an ≤ bn ทุก n ≥ n0 จะไดวา

1.∞∑n=1

bn ลูเขา =⇒∞∑n=1

an ลูเขา

2.∞∑n=1

an ลูออก =⇒∞∑n=1

bn ลูออก

ตัวอยาง 1.5.1 จงทดสอบการลูเขาของอนุกรมตอไปนี้

1.∞∑n=1

sin2 n

n3

2.∞∑n=1

arctann

n

Page 28: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.5 การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบ 28

3.∞∑n=1

1

3n + 1

4.∞∑n=1

lnn√n

Page 29: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.5 การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบ 29

5.∞∑n=1

1

n!

6.∞∑n=1

(n+ 2)−2 lnn

Page 30: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.5 การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบ 30

อนุกรมบางอนุกรมไมสามารถทดสอบโดยใชการทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบไดเชน

∞∑n=1

1

3n − 1เราจะทดสอบอนุกรมนี้ดวย

การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบดวยลิมิต (Limit Comparison Test)

สมมติวา∞∑n=1

an และ∞∑n=1

bn เปนอนุกรมซึ่ง an ≥ 0 และ bn > 0 จะไดวา

limn→∞

anbn

=

c > 0 =⇒ ลูเขาทั้งคู หรือ ลูออกทั้งคู

0 และ∞∑n=1

bn ลูเขา =⇒∞∑n=1

an ลูเขา

∞ และ∞∑n=1

bn ลูออก =⇒∞∑n=1

an ลูออก

ตัวอยาง 1.5.2 จงทดสอบอนุกรมตอไปนี้

1.∞∑n=1

1

3n − 1

Page 31: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.5 การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบ 31

2.∞∑n=1

n+ 1

3n2 − n+ 1

3.∞∑n=1

3√n− 2√

n5 + 3n2 − 1

Page 32: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.5 การทดสอบโดยใชการเปรียบเทียบ 32

4.∞∑n=1

2n− 1

5n(n2 + 1

5.∞∑n=1

1 + n lnn

n2 + 4

ทำแบบฝกหัด 1.4.3 ในหนังสือแคลคูลัส ๒

Page 33: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.6 อนุกรมสลับ 33

1.6 อนุกรมสลับถา bn > 0 ทุกจำนวนนับ n เราเรียกอนุกรมในรูป

∞∑n=1

(−1)n+1bn = b1 − b2 + b3 − b4 + · · · หรือ∞∑n=1

(−1)nbn = −b1 + b2 − b3 + b4 − · · ·

วาอนุกรมสลับ (Alternating Series) เชน∞∑n=1

(−1)n+1

n= 1− 1

2+

1

3− 1

4+ · · ·

การทดสอบอนุกรมสลับ (Alternating Series Test)

ถาอนุกรมสลับ∞∑n=1

(−1)nbn, bn > 0 ทุกจำนวนนับ n สอดคลอง

1. มีจำนวนนับ n0 ซึ่ง bn+1 < bn ทุก n ≥ n0

(นั่นคือ {bn} เปนลำดับลดลงเรื่อยๆ เมื่อ n ≥ n0)

2. limn→∞

bn = 0

จะไดวาอนุกรมสลับลูเขา

ถา limn→∞

bn ̸= 0 จะไดวา limn→∞

(−1)nbn หาคาไมได เพราะฉะนั้นอนุกรมสลับ∞∑n=1

(−1)nbn จะลูออก

ตัวอยาง 1.6.1 จงทดสอบวาอนุกรมตอไปนี้ ลูเขา หรือ ลูออก

1.∞∑n=1

(−1)n

n,

∞∑n=1

(−1)n

n!

Page 34: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.6 อนุกรมสลับ 34

2.∞∑n=1

(−1)n+1√n√

2n− 1

3.∞∑n=1

(−1)n arctan(1 + en)

Page 35: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.6 อนุกรมสลับ 35

4.∞∑n=1

(−1)n lnn√n

ลูเขาแบบสัมบูรณ และ ลูเขาแบบมีเงื่อนไข

เราเรียก∞∑n=1

an วาลูเขาแบบสัมบูรณ (absolutely convergence) ถา

∞∑n=1

|an| = |a1|+ |a2|+ |a3|+ · · · ลูเขา

โดยเราไดวา ถา∞∑n=1

|an| ลูเขา แลว∞∑n=1

an ลูเขา

ตัวอยาง 1.6.2 จงตรวจสอบการลูเขาของ∞∑n=1

sinn

n2

Page 36: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.6 อนุกรมสลับ 36

เราทราบมาแลววา∞∑n=1

(−1)n

nลูเขา แต

∞∑n=1

∣∣∣∣(−1)n

n

∣∣∣∣ = ∞∑n=1

1

nลูออก

ดังนั้น อนุกรมที่ลูเขาไมจำเปนที่จะลูเขาแบบสัมบูรณ

เราเรียกอนุกรม∞∑n=1

an วาลูเขาแบบมีเงื่อนไข (conditionally convergence) ถา∞∑n=1

an ลูเขา แต∞∑n=1

|an| ลูออก

ดังนั้น∞∑n=1

(−1)n

nและ

∞∑n=1

(−1)n lnn√n

ลูเขาแบบมีเงื่อนไข

ตัวอยาง 1.6.3 จงตรวจสอบวาอนุกรม∞∑n=1

(−1)nn2

n3 + 4

ลูเขาแบบสัมบูรณ ลูเขาแบบมีเงื่อนไข หรือ ลูออก

ทำแบบฝกหัด 1.4.4 ในหนังสือแคลคูลัส ๒

Page 37: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.7 การทดสอบโดยใชอัตราสวนและโดยใชการถอดกรณฑ 37

1.7 การทดสอบโดยใชอัตราสวนและโดยใชการถอดกรณฑการทดสอบโดยใชอัตราสวน (Ratio Test)

limn→∞

∣∣∣∣an+1

an

∣∣∣∣ =

L < 1 =⇒∞∑n=1

an ลูเขาแบบสัมบูรณ

∞ หรือ L > 1 =⇒∞∑n=1

an ลูออก

1 =⇒ สรุปผลไมได

เชน∞∑n=1

(−1)n

nลูเขาแบบมีเงื่อนไข และ

∞∑n=1

(−1)n

n2ลูเขาแบบสัมบูรณ ใชการทดสอบนี้ไมได

ตัวอยาง 1.7.1 จงทดสอบการลูเขาของ

1.∞∑n=1

(−1)nn3

5n

2.∞∑n=1

(2n)!

(n!)2

Page 38: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.7 การทดสอบโดยใชอัตราสวนและโดยใชการถอดกรณฑ 38

การทดสอบโดยใชการถอดกรณฑ (Root Test)

limn→∞

n√

|an|=

L < 1 =⇒∞∑n=1

an ลูเขาแบบสัมบูรณ

∞ หรือ L > 1 =⇒∞∑n=1

an ลูออก

1 =⇒ สรุปผลไมได

เชน∞∑n=1

(1 +

1

n

)n ลูออก เพราะ limn→∞

(1 +

1

n

)n= e ̸= 0 และ

∞∑n=1

1

n2ลูเขา

ซึ่งการตรวจสอบอนุกรมทั้งสองนี้ใช root test ไมได

ตัวอยาง 1.7.2 จงทดสอบอนุกรมตอไปนี้

1.∞∑n=1

(n+ lnn

2n+ 3

)n

2.∞∑n=1

(−2)n

(arctann)n

Page 39: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.7 การทดสอบโดยใชอัตราสวนและโดยใชการถอดกรณฑ 39

3.∞∑n=1

(n

n+ 1

)n2

Page 40: วิศวะ (Mathematical Induction) ลำดับและอนุกร ...pioneer.netserv.chula.ac.th/~myotsana/108Ch1.pdfYot’s 2301108 Calculus II ว ศวะ 1.1 อ

Yot’s 2301108 Calculus II วิศวะ 1.7 การทดสอบโดยใชอัตราสวนและโดยใชการถอดกรณฑ 40

4.∞∑n=0

1

2n+(−1)n=

1

2+ 1 +

1

8+

1

4+

1

32+ · · ·

ทำแบบฝกหัด 1.4.5 และ แบบฝกหัดระคน ในหนังสือแคลคูลัส ๒