Enunciado

Encontre o raio de convergência e o intervalo de convergência da série.

18.

∑ n = 1 ∞ n 4 n x + 1 n

Passo 1

Show de bola, galera!

O enunciado pede pra gente encontrar o raio e o intervalo de convergência da série.

Simbora aplicar o Teste da Razão na nossa série de potências.

Vamos calcular o seguinte limite:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = L

  • Onde se L > 1 , a série é divergente.
  • Se L < 1 , a série é convergente.
  • E se L = 1 nada podemos afirmar.

Então, sendo:

a n =   n 4 n x + 1 n

O termo seguinte será:

a n + 1 = n + 1 4 n + 1 x + 1 n + 1

Passo 2

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n

lim n → ∞ ⁡ n + 1 4 n + 1 x + 1 n + 1 n 4 n x + 1 n

lim n → ∞ ⁡ ( x + 1 ) n × x + 1 × ( n + 1 ) 4 n × 4 × 4 n n × x + 1 n

Resolvendo o limite acima, temos:

x + 1 4 × lim n → ∞ ⁡ n + 1 n

Como esse limite, depois de substituir, irá ficar indeterminado, iremos manipulá-lo:

lim n → ∞ ⁡ n + 1 n

Colocando n em evidência no numerador e cancelando os termos em seguida:

lim n → ∞ ⁡ n 1 + 1 n n

lim n → ∞ ⁡ 1 + 1 n

Como 1 ∞ tende a zero:

1 + 0 = 1

Então, retornando ao que estávamos trabalhando:

x + 1 4 × lim n → ∞ ⁡ 1 + 1 n

x + 1 4

Logo, pelo Teste da Razão, nossa série convergirá para x + 1 4 < 1 ,

ou seja, para x + 1 < 4 .

Pronto! Já achamos o nosso raio de convergência R = 4 .

Passo 3

Show de bola!

A princípio já sabemos que a nossa série convergirá para o intervalo em que x + 1 < 4 , ou seja,

- 4 < x + 1 < 4

- 5 < x < 3

Portanto, convergirá para o intervalo ( - 5 ,   3 ) em função do nosso raio de convergência.

Mas e para os extremos do intervalo ( x = - 5 e x = 3 )? É o que vamos calcular agora.

Passo 4

Quando x = - 5 , ficamos com a série

∑ n = 0 ∞ - 1 n n  

que, pelo Teste da Série Alternada, é uma série divergente.

Já para x = 3 , ficamos com a série

∑ n = 0 ∞ n

Que é uma série divergente.

Desta forma, chegamos que o intervalo de convergência é dado por I = ( - 5 ,   3 ) .

Resposta

R = 4   e   I = ( - 5,3 )

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35.Uma função f é definida por f x = 1 + 2 x + x 2 + 2 x 3 + x 4 + … isto é, seus coeficientes são c 2 n = 1 e c 2 n + 1 = 2 para todo n ≥ 0 . Ache o intervalo de convergência e encontre uma fórmula e
Mostre que, se l i m n → ∞| c n | n = c onde c ≠ 0 , então o raio de convergência da série de potências ∑ c n x n é R = 1 c .
Suponha que a série ∑ c n x n tenha raio de convergência 2 e que a série ∑ d n x n tenha raio de convergência 3 . O que você pode dizer sobre o raio de convergência da série ∑ ( c n + d n ) x n ? Expl