Enunciado

Determine se a série é absolutamente convergente, condicionalmente convergente ou divergente.

∑ n = 1 ∞ 1 ⋅ 3 3 ! + 1 ⋅ 3 ⋅ 5 5 ! - 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ 7 7 ! + … + - 1 n - 1 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 2 n - 1 2 n - 1 ! + …  

Passo 1

E aí pessoal, tudo bem?

Estamos prestes a desvendar o mistério da convergência dessa série matemática!

Note que temos fatorial na nossa série, assim, vamos utilizar o Teste da Razão para determinar se a série é absolutamente convergente, condicionalmente convergente ou divergente.

O teste da razão é um dos métodos mais eficazes para investigar a convergência ou divergência de uma série infinita.

A ideia é dividir cada termo da série pelo termo subsequente e observarmos o que acontece quando o número de termos tende ao infinito. Ou seja, iremos calcular:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n      

  • Se o resultado for menor que 1 , a série converge;
  • Se for maior que 1 , a série diverge;
  • E se for igual a 1 , o teste não nos dá uma resposta definitiva.

Temos que:

a n = - 1 n - 1 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 2 n - 1 2 n - 1 !

E para sabermos a n + 1 basta somarmos um a todos os " n " de a n :

a n + 1 = - 1 n - 1 + 1 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ( 2 n - 1 ) 2 ( n + 1 ) - 1 2 ( n + 1 ) - 1 !

Passo 2

Agora, vamos colocar nossas informações na formulinha do teste da razão:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = lim n → ∞ ⁡ - 1 n - 1 + 1 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ( 2 n - 1 ) 2 ( n + 1 ) - 1 2 ( n + 1 ) - 1 ! - 1 n - 1 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 2 n - 1 2 n - 1 !

Note que podemos organizar essa expressão para resolvermos com mais facilidade:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n

lim n → ∞ ⁡ - 1 n 1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 2 n - 1 2 n + 1 - 1 2 n + 1 - 1 ! ⋅ 2 n - 1 ! - 1 n - 1   1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 2 n - 1

Passo 3

Organizando a expressão e simplificando os termos semelhantes, teremos que:

lim n → ∞ ⁡ - 1 2 n + 1 2 n - 1 ! 2 n + 1 2 n 2 n - 1 !

Observamos que alguns termos se cancelam, como os fatoriais e as partes da série que se anulam. Assim, ficaremos com:

lim n → ∞ ⁡ 1 2 n

Finalmente, calculamos o limite desta expressão quando n tende ao infinito, teremos:

lim n → ∞ ⁡ 1 2 n = 0

Passo 4

Como:

0 < 1

Então, a série fornecida é absolutamente convergente e, portanto, convergente.

Resposta

Absolutamente convergente e, portanto, convergente.

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