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無限級数その1

61
0

[定理01]
-1r<1で,
  n=1rnn=log(1r)
r=1では発散する.

[証明]
[11] 0<r<1のとき,
 n=1Nrnn=n=1Nrn01xn1dx=r011(rx)N1rxdx
ここで,N0のとき,
|01(rx)N1rxdx||01xN1rdx|1N+111r0
したがって,
n=1Nrnn=→r0111rxdx
r0111rxdx=0111rxdx=log(1r)
[12]-1<r<0のとき,0<r2<1から,
n=12Nrnn+n=12N(r)nn=2n=1Nr2n2n=n=1Nr2nn
n=12Nrnn=n=12N(r)nn+n=1Nr2nn
n=12Nrnn=→log(1+r)log(1r2)=log(1r)
[13]r=1のとき,
 n=1N(1)nn=n=1N(1)n01xn1dx=011(x)N1+xdx
ここで,N0のとき,
|01(x)N1+xdx||01xNdx|1N+10
したがって,
n=1N(1)nn=→0111+xdx=log2
以上から,定理01は成り立つ.□□

[定理02]
D>0,-1r<1で
  n=0rn1+Dn=0111rxDdx
r=1では発散する.
とくに,
  n=0(1)n1+Dn=0111+xDdx

[21] 0<r<1のとき, n=0N1rn1+Dn=n=0N1rn01xDndx=011(rxD)N1rxDdx
ここで,N0のとき,
|01(rxD)N1rxDdx||01xDN1rdx|1DN+111r0
したがって,
n=0N1rn1+Dn=→0111rxDdx
[22]-1<r<0のとき,0<r2<1から,
n=02N1rn1+Dn=n=0N1r2n1+(2n)D+n=0N1r2n+11+(2n+1)D
n=0N1r2n1+(2n)D0111r2x2Ddx
n=0N1r2n+11+(2n+1)D=r1+Dn=0N1r2n1+n(2DD+1)
r1+D0111r2x2D1+Ddx
=r1+D(1+D)01yD1r2y2Ddy=01rxD1r2x2Ddx
n=02N1rn1+Dn0111r2x2Ddx+01rxD1r2x2Ddx
=0111rxDdx

[23]r=1のとき,
n=02N1(1)n1+Dn=n=0N111+(2n)Dn=0N111+(2n+1)D
=01n=0N1(x2nDx(2n+1)D)dx
=01(1xD)1(x2D)N1x2Ddx=0111+xDdx01x2DN1+xDdx

ここで,N0のとき,
|01x2DN1+xDdx||01x2DNdx|12DN+10
したがって,
n=0N1(1)n1+Dn=0111+xDdx
以上から,定理02は成り立つ.□□

投稿日:2024123
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