Enunciado
Cálculo - Cálculo Volume 2 - 7ª Edição - James Stewart- Ed: 7º - Capítulo 11.5 - Ex. 29
Aproxime a soma da série com a precisão de quatro casas decimais:
Passo 1
O exercício nos da uma série e pede para que seja estimado a soma com uma precisão de quatro casas decimais. Para isso, podemos utilizar o Teorema da estimativa de séries alternadas. Então primeiro temos que definir se a série dada satisfaz as condições necessárias e então aplicamos o teorema. Bem tranquilo até aqui né?!
Passo 2
Vamos nos recordar em que situações podemos aplicar o teorema da estimativa de séries alternadas?
O teste da série alternada diz que uma série converge se satisfazer duas condições:
- . Sendo o valor absoluto de cada termo da série. Ou seja, a série for decrescente.
Então primeiro vamos identificar se a série é decrescente. Escrevendo alguns de seus termos:
Repare que se considerarmos apenas o valor absoluto de cada termo, o termo anterior é sempre maior que o próximo termo. Colocando isso na linguagem da matemática:
Ou seja, a primeira condição confere.
E a segunda?!
Ora podemos calcular esse limite e testar se o resultado realmente é zero.
Lembrando que considera apenas os valores em absoluto. Ou seja, devemos omitir o elemento relacionado as mudanças de sinais da série. De modo que:
Fazendo:
Clássico caso em que o denominador tende a infinito muito mais rápido que numerador.
Com isso, sabemos que ambas as condições conferem. Agora só precisamos aplicar o teorema.
Passo 3
O teorema das estimativas da soma diz que o erro da soma de um número de elementos é menor que o valor absoluto do termo da soma parcial . Ou seja, se encontrarmos o termo que tenha seu valor menor que o erro procurado, saberemos até onde precisamos somar os termos.
Vamos calcular os termos das séries?
Explicitando alguns termos:
Repare que o sétimo termo () possui valor absoluto
Se fizermos as somas até o termo teremos:
Perceba que a última etapa da soma não alterou nenhuma das primeiras quatro casas decimais. Isso significa que o erro ao somar os termos até o sexto termo é menor que quatro casas decimais.
Ou seja:
Arredondando para quatro casas decimais:
Resposta
Temos que a série e aproximadamente: