Enunciado

Determine se a série é convergente ou divergente. Se ela for convergente, calcule sua soma.

∑ k = 1 ∞ k ( k + 2 ) k + 3 2

Passo 1

Falaaa, pessoal!

Quando temos uma série no seguinte formato, podemos aplicar o Teste do Termo Geral ou Teste da Divergência:

∑ k = 1 ∞ a k

De acordo com esse teste, se o limite do termo geral for diferente de zero ou não existir, a série diverge:

lim k → ∞ ⁡ a k ≠ 0

Se o limite do termo geral for igual a zero, então o teste é inconclusivo (e temos que aplicar outro):

lim k → ∞ ⁡ a k = 0

Passo 2

Na série que estamos analisando, o termo geral é:

a k = k ( k + 2 ) k + 3 2

Então precisamos calcular o limite no infinito desse termo:

lim k → ∞ ⁡ a k = lim k → ∞ ⁡ k ( k + 2 ) k + 3 2

Mas se a gente simplesmente substituir o infinito, vamos ter uma indeterminação:

lim k → ∞ ⁡ k ( k + 2 ) k + 3 2 = ∞ ∞

Então vamos manipular isso aqui. Vamos fazer a distributiva no numerador:

lim k → ∞ ⁡ k ( k + 2 ) k + 3 2 = lim k → ∞ ⁡ k 2 + 2 k k + 3 2

E no denominador, vamos aplicar o seguinte produto notável a + b 2 = a 2 + 2 a b + b 2 :

lim k → ∞ ⁡ k 2 + 2 k k + 3 2 = lim k → ∞ ⁡ k 2 + 2 k k 2 + 6 k + 9

Mas se você substituir o infinito, vamos ter a mesma indeterminação de novo. Então vamos pro próximo passo e você vou te dar uma dica de milhões!

Passo 3

Quando estamos falando de divisões de polinômios e o limite é NO INFINITO, frequentemente, o jeitinho pra resolver é dividir tudo pela maior potência da variável. Desse jeito, vamos conseguir cortar vários termos!

Aqui, a maior potência é k 2 , então vamos dividir tudo por k 2 :

Então se liga nessa dica! Vamos colocar k em evidencia tanto no denominador quanto no numerador

lim k → ∞ ⁡ k 2 + 2 k k 2 + 6 k + 9 = lim k → ∞ ⁡ k 2 k 2 + 2 k k 2 k 2 k 2 + 6 k k 2 + 9 k 2

Simplificando k 2 :

lim k → ∞ ⁡ 1 + 2 k 1 + 6 k + 9 k 2

E aqui que a mágica acontece. Todos esses termos com constante no numerador e k no denominador são iguais a zero:

l i m k → ∞ 2 k = 0  

l i m k → ∞ 6 k = 0

l i m k → ∞ 9 k 2 = 0

Então nosso limite fica:

lim k → ∞ ⁡ 1 + 2 k 1 + 6 k + 9 k 2 = 1 1 = 1

Ufa, finalmente!

lim k → ∞ ⁡ a k = 1 ≠ 0

Portanto, como dissemos no passo 1, temos que lim k → ∞ ⁡ a k ≠ 0 , logo a série diverge.

Resposta

Diverge.

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