Enunciado

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

∑ n = 1 ∞ 10 n n + 1 . 4 2 n + 1

Passo 1

E aí, povo! Beleza pura?

Precisamos achar o comportamento da série:

∑ n = 1 ∞ 10 n n + 1 . 4 2 n + 1

Para isso, precisamos escolher algum dos métodos que vimos até agora. Vamos aplicar aqui o Teste da Razão: Lembra dele? Calculamos o limite:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = L      

Se: L < 1 → a série ∑ a n é absolutamente convergente (e, portanto, convergente). Se L > 1 → a série ∑ a n é divergente (o mesmo para L = ∞ ) e se L = 1 → o teste é inconclusivo.

Bora pro caminho completo!

Passo 2

Vamos usar o teste da razão. Colocando:

a n = 10 n n + 1 . 4 2 n + 1

Para a n + 1 precisamos substituir n por n + 1 :

a n + 1 = 10 n + 1 n + 2 . 4 2 n + 1 + 1 = 10 n + 1 n + 2 . 4 2 n + 3

Escrevendo a divisão, já resolvendo a divisão de frações multiplicando a de cima, pelo inverso da fração de baixo:

a n + 1 a n = 10 n + 1 n + 2 . 4 2 n + 3 . n + 1 . 4 2 n + 1 10 n

Podemos fazer algumas simplificações nos termos exponenciais: b m + n = b m   ⋅ b n   e vamos cancelar termos iguais que estão dividindo:

10 n + 1 n + 2 . 4 2 n + 3 . n + 1 . 4 2 n + 1 10 n = 10 n ⋅ ( 10 ) n + 2 . 4 2 n ⋅ 4 3 . n + 1 . 4 2 n ⋅ ( 4 ) 10 n

Depois dessas simplificações, teremos:

a n + 1 a n = 10 n + 2 ⋅ 4 2 ⋅ n + 1 = 1 0 ⋅ n + 1 16 ⋅ ( n + 2 )

Passo 3

Bora calcular o limite!

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = 10 ⋅ n + 1 16 ⋅ ( n + 2 )

Dividindo o numerador e o denominador por n e tirando a constante para fora do limite, vamos ter:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = l i m n → ∞ 10 ⋅ n + 1 16 ⋅ ( n + 2 ) = 5 8 ⋅ l i m n → ∞ 1 + 1 n 1 + 2 n

Temos que, tomando o limite n → + ∞ , a segunda fração tende a 1 .

Concluindo:

5 8 ⋅ l i m n → ∞ 1 + 1 n 1 + 2 n = 5 8 ⋅ 1 1 = 5 8 < 1

Portanto, pelo teste da razão, a série é absolutamente convergente.

Resposta

A série é absolutamente convergente.

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